Andrzej Ambrozik , Tomasz Ambrozik , Dariusz Kurczyński Piotr...

14
Postępy Nauki i Techniki nr 15, 2012 7 Andrzej Ambrozik 1 , Tomasz Ambrozik 1 , Dariusz Kurczyński 2 Piotr Łagowski 3 , Andrzej Suchecki 4 CHARAKTERYSTYKI OBCIĄŻENIOWE TURBODOŁADOWANEGO SILNIKA 1.3 MULTIJET Streszczenie. W artykule przedstawiono wyniki hamownianych badań silnika o zapłonie samo- czynnym 1.3 Multijet z wieloetapowym wtryskiem paliwa produkowanego w Polsce przez Firmę Fiat-GM Powertrain Polska. Badania przeprowadzono na stanowisku hamownianym zbudowa- nym w Laboratorium Silników Cieplnych Politechniki Świętokrzyskiej. Zakres badań obejmo- wał wyznaczenie wskaźników ekonomiczno-energetycznych silnika oraz jego wskaźników eko- logicznych takich jak stężenia NO x , CO i CO 2 oraz stopień zadymienia spalin. Podczas badań silnik pracował według charakterystyk obciążeniowych przy prędkościach obrotowych wału kor- bowego: n = 1200, 1750, 2400, 3800, 4000 i 4200 obr/min. Prędkości te wybrano ze względu na realizację w badanym silniku wieloetapowego wtrysku paliwa oraz ze względu na możliwości rozwijania przez silnik maksymalnego momentu obrotowego M o = 200 Nm, przy prędkości ob- rotowej wału korbowego n = 1750 obr/min oraz maksymalnej mocy N e = 66 kW osiąganej przy n = 4000 obr/min. Słowa kluczowe: tłokowy silnik spalinowy, wskaźniki pracy silnika, charakterystyki silnika, ba- dania hamowniane. WPROWADZENIE Konstrukcja i technologia wytwarzania tłokowych silników spalinowych jest rozwijana już około 150 lat. Pomimo tak długiego rozwoju silniki te stanowią kon- strukcję w której nadal można wprowadzać innowacje pozwalające na ich dosko- nalenie. Biorąc pod uwagę bardzo szerokie zastosowanie tego typu silników, ich wpływ na rozwój gospodarczej i bytowej działalności człowieka oraz wpływ na wa- runki jego życia oraz funkcjonowanie globalnego ekosystemu Ziemi stanowią kon- strukcję, którą człowiek jest nadal bardzo mocno zainteresowany. W początkowym etapie rozwoju silników czynnikiem stymulującym ich rozwój była niedoskonałość ich konstrukcji, dążenie do zwiększenia ich trwałości, niezawodności i możliwości 1 Politechnika Świętokrzyska, Wydział Mechatroniki i Budowy Maszyn, Katedra Mechaniki, e-mail: sil- [email protected]. 2 j.w., e-mail: [email protected]. 3 j.w., e-mail: [email protected]. 4 Instytut Badań i Rozwoju Motoryzacji BOSMAL Sp. z o.o.

Transcript of Andrzej Ambrozik , Tomasz Ambrozik , Dariusz Kurczyński Piotr...

Page 1: Andrzej Ambrozik , Tomasz Ambrozik , Dariusz Kurczyński Piotr …yadda.icm.edu.pl/yadda/element/bwmeta1.element.baztech... · 2013. 7. 3. · POSTĘPY N AUKI I TECHNIKI NR 1, 2012

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

7

Andrzej Ambrozik1 Tomasz Ambrozik1 Dariusz Kurczyński2

Piotr Łagowski3 Andrzej Suchecki4

CHARAKTERYSTYKI OBCIĄŻENIOWE TURBODOŁADOWANEGO SILNIKA 13 MULTIJET

Streszczenie W artykule przedstawiono wyniki hamownianych badań silnika o zapłonie samo-czynnym 13 Multijet z wieloetapowym wtryskiem paliwa produkowanego w Polsce przez Firmę Fiat-GM Powertrain Polska Badania przeprowadzono na stanowisku hamownianym zbudowa-nym w Laboratorium Silnikoacutew Cieplnych Politechniki Świętokrzyskiej Zakres badań obejmo-wał wyznaczenie wskaźnikoacutew ekonomiczno-energetycznych silnika oraz jego wskaźnikoacutew eko-logicznych takich jak stężenia NOx CO i CO2 oraz stopień zadymienia spalin Podczas badań silnik pracował według charakterystyk obciążeniowych przy prędkościach obrotowych wału kor-bowego n = 1200 1750 2400 3800 4000 i 4200 obrmin Prędkości te wybrano ze względu na realizację w badanym silniku wieloetapowego wtrysku paliwa oraz ze względu na możliwości rozwijania przez silnik maksymalnego momentu obrotowego Mo = 200 Nm przy prędkości ob-rotowej wału korbowego n = 1750 obrmin oraz maksymalnej mocy Ne = 66 kW osiąganej przy n = 4000 obrminSłowa kluczowe tłokowy silnik spalinowy wskaźniki pracy silnika charakterystyki silnika ba-dania hamowniane

WPROWADZENIE

Konstrukcja i technologia wytwarzania tłokowych silnikoacutew spalinowych jest rozwijana już około 150 lat Pomimo tak długiego rozwoju silniki te stanowią kon-strukcję w ktoacuterej nadal można wprowadzać innowacje pozwalające na ich dosko-nalenie Biorąc pod uwagę bardzo szerokie zastosowanie tego typu silnikoacutew ich wpływ na rozwoacutej gospodarczej i bytowej działalności człowieka oraz wpływ na wa-runki jego życia oraz funkcjonowanie globalnego ekosystemu Ziemi stanowią kon-strukcję ktoacuterą człowiek jest nadal bardzo mocno zainteresowany W początkowym etapie rozwoju silnikoacutew czynnikiem stymulującym ich rozwoacutej była niedoskonałość ich konstrukcji dążenie do zwiększenia ich trwałości niezawodności i możliwości

1 PolitechnikaŚwiętokrzyskaWydziałMechatroniki iBudowyMaszynKatedraMechanikie-mailsil-spaltukielcepl

2 jwe-mailkdarektukielcepl3 jwe-mailpiotrekltukielcepl4 InstytutBadańiRozwojuMotoryzacjiBOSMALSpzoo

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

8

ich zastosowania między innymi do napędu pojazdoacutew samochodowych Nie zwraca-no woacutewczas uwagi na skład spalin oraz zużycie paliwa Wzrost ilości eksploatowa-nych silnikoacutew oraz coraz większe zapotrzebowanie na paliwa do ich zasilania wy-musiły wprowadzanie zmian w konstrukcji silnika ktoacuterych celem było zmniejszenie zużycia paliwa Skład spalin nie miał decydującego znaczenia dla zastosowań tych silnikoacutew Koniec dwudziestego wieku oraz czasy wspoacutełczesne nazywane są epoką ekologiczną W epoce tej człowiek proacutebuje zmienić swoacutej stosunek do przyrody a dzięki temu zapewnić rozwoacutej wspoacutełczesnych i przyszłych pokoleń Priorytetem dla rozwoju tłokowych silnikoacutew spalinowych stało się stopniowe i zdecydowane ogra-niczanie ich wpływu na środowisko naturalne Obecnie silniki spalinowe podlegają bardzo intensywnemu rozwojowi wynikającemu z konieczności spełnienia kolej-nych coraz ostrzejszych międzynarodowych norm emisji spalin Pierwsze znaczące ograniczenia emisji spalin w Europie wprowadzono na początku lat dziewięćdzie-siątych Była to norma EURO 1 obowiązująca od 1992 roku Obecnie obowiązu-ją wymagania normy EURO 5 Tymczasem przemysł motoryzacyjny intensywnie przygotowuje się do spełnienia wymagań normy EURO 6 ktoacutera będzie obowiązy-wać od 2014 roku Wiąże się to z koniecznością doskonalenia konstrukcji silnika stosowaniem w jego eksploatacji doskonalszych lub nowych płynoacutew eksploatacyj-nych stosowaniem zawansowanych technologii oczyszczania spalin sterowania i nadzorowania przebiegami procesoacutew zachodzących w cylindrze oraz ograniczanie zużycia paliwa przez silnik

KIERUNKI ROZWOJU SILNIKOacuteW ZS

Wspoacutełczesny tłokowy silnik spalinowy aby moacutegł być eksploatowany musi spełniać określone wymagania normatywne Warunkiem koniecznym dającym moż-liwość eksploatacji silnikoacutew jest ich mała uciążliwość dla naturalnego środowiska człowieka Przy projektowaniu wspoacutełczesnych tłokowych silnikoacutew spalinowych na-leży uwzględniać takie czynniki jak małe zużycie paliwa niską toksyczność spalin małą hałaśliwość pracy elastyczność silnika i wiele innych Dążenie do spełniania kolejnych wymagań związanych z ograniczaniem emisji szkodliwych składnikoacutew spalin skutkuje takimi kierunkami rozwoju tłokowych silnikoacutew spalinowych o za-płonie samoczynnym jak [5 6 9 11] bull powszechne stosowanie wtrysku bezpośredniego bull stosowanie nowoczesnych układoacutew zasilania o dużych ciśnieniach wtrysku i

elektronicznym sterowaniu jego przebiegiem bull stosowanie wielozaworowych układoacutew rozrządu z zmiennymi fazami rozrządu i

sterowaniem wzniosem zaworoacutew bull rozwoacutej systemoacutew doładowania stosowanie turbosprężarek turbosprężarek

wspomaganych elektrycznie sprężarek napędzanych silnikiem elektrycznym

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

9

układoacutew doładowujących z chłodzeniem powietrza doładowującego doładowa-nia impulsowego sprężonym powietrzem ze zbiornika ciśnieniowego w czasie przyspieszania samochodu itp

bull stosowanie elektronicznie sterowanych układoacutew recyrkulacji spalin z ich chło-dzeniem

bull elektroniczna regulacja parametroacutew procesu wtrysku bull zastosowanie wieloetapowego wtrysku paliwa bull oddziaływanie na zawirowanie i turbulencję czynnika roboczego bull rozwoacutej koncepcji silnika ze zmiennym stopniem sprężania bull rozwoacutej technologii filtroacutew cząstek stałych stosowanie katalitycznych reaktoroacutew

utleniających reaktoroacutew absorpcyjnych NOx rozwoacutej zastosowania reaktoroacutew katalitycznych SCR

bull rozwoacutej diagnostyki pokładowej bull stosowanie układoacutew chłodzenia o wyższej temperaturze czynnika chłodzącego i

szybszym nagrzewaniu silnika po rozruchu bull kształtowanie przebiegu wywiązywania ciepła podczas procesu spalania poprzez

regulacje ciśnienia wtrysku oraz modulowanie przebiegu wtrysku paliwa w cza-sie

bull downsizing czyli zmniejszenie wymiaroacutew głoacutewnych silnika i downspeeding czyli zmniejszenie prędkości obrotowych silnika

bull rozwoacutej technologii produkcji reformułowanych olejoacutew napędowych ktoacuterych skład jest komponowany pod kątem minimalizacji emisji toksycznych składni-koacutew spalin

Jednym z kierunkoacutew rozwoju tłokowych silnikoacutew spalinowych przeznaczo-nych do napędu pojazdoacutew samochodowych jest downsizing [7] Polega on na dą-żeniu do zmniejszania głoacutewnych wymiaroacutew silnika a w efekcie pojemności sko-kowej silnika przy zachowaniu podstawowych wskaźnikoacutew jego pracy Realizacja przedstawionego zabiegu jest możliwa na drodze zwiększenia wartości wskaźnikoacutew jednostkowych odniesionych np do jednostki objętości skokowej silnika Efektem jest zmniejszenie zużycia paliwa i emisji szkodliwych składnikoacutew spalin Downsi-zing może być dynamiczny lub statyczny Pierwszy polega na wyłączaniu z pracy poszczegoacutelnych cylindroacutew i może być stosowany w silnikach wielocylindrowych Drugi stosowany częściej polega na zmniejszeniu wymiaroacutew głoacutewnych silnika lub zmniejszeniu liczby cylindroacutew Poza zmniejszeniem wymiaroacutew stosuje się wyso-kociśnieniowe układy doładowania dobiera się materiały konstrukcyjne mogące przenieść większe obciążenia mechaniczne i cieplne [5] Wynikiem tych zabiegoacutew jest zmniejszenie zużycia paliwa wynikające z przeniesienia eksploatacji silnika z zakresu małych i średnich obciążeń w zakres dużych obciążeń czego efektem jest wzrost sprawności ogoacutelnej silnika Zmniejszając objętość skokową silnika zmniej-sza się jego straty cieplne straty tarcia oraz wymiary i masę silnika Innym nowym kierunkiem rozwoju tłokowych silnikoacutew spalinowych jest downspeeding [4] Polega

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

10

on na obniżeniu prędkości obrotowej silnika przez modyfikację całkowitego prze-łożenia skrzyni biegoacutew Poprzez odpowiedni doboacuter przełożenia przekładni głoacutewnej układu napędowego można osiągnąć podobną poprawę zużycia paliwa do takiego jak w przypadku obniżenia objętości skokowej silnika Koncepcje downsizingu i downspeedingu zazwyczaj stosowane są roacutewnocześnie

OBIEKT BADAŃ

Obiektem badań był silnik Fiat 13 Multijet produkowany przez firmę FIAT--GM POWERTRAIN Polska w Bielsku Białej spełniający normę emisji spalin Euro IV Silnik ten rozwija maksymalną moc 66 kW przy prędkości obrotowej 4000 obrmin i maksymalny moment obrotowy 200 Nm przy prędkości obrotowej 1750 obrmin Silnik ten prezentuje tendencję rozwoju samochodowych silnikoacutew spalino-wych określaną w literaturze jako bdquodownsizingrdquo Kadłub silnika jest odlany z żeli-wa posiada płytę nośną wykonaną z stopu aluminium i wtopione panewki łożysk głoacutewnych wykonane z żeliwa Rozwiązanie takie przy ograniczonych wymiarach pozwala uzyskać wymaganą sztywność korzystną cha rakterystykę hałaśliwości drgań i wytrzymałości przy jedno czesnym zachowaniu prostoty procesu produkcyj-nego [8] W układzie rozrządu zastosowano dwa wałki rozrządu z ktoacuterych jeden napędzany jest od wału korbowego jednorzędowym łańcuchem natomiast drugi na-pędzany jest od pierwszego wałka przekładnią z paskiem zębatym umieszczoną na drugim końcu wałkoacutew Silnik wyposażono w cztery zawory na cylinder dwa zawory dolotowe i dwa wylotowe odchylone od pionu o 3deg co pozwoliło na umieszczenie między nimi wtryskiwacza Zawory napędzane są dwoma wałkami rozrządu usytu-owanymi w głowicy Jeden wałek napędza bezpośrednio pompę wysokociśnieniową układu zasilania a drugi pompę podciśnieniową Zastosowanie czterech zaworoacutew na cylinder podyktowane zostało zapewnieniem poprawnego przebiegu procesu spalania oraz zwiększeniem wspoacutełczyn nika napełniania cylindra przy dużej pręd-kości obrotowej silnika tak by utrzymać wysoki poziom mocy silnika do prędko-ści obrotowej 5000 obrmin Silnik wyposażono w układ zasilania typu Common Rail Elementy tego układu pochodzą z firmy Bosch natomiast system sterowania jest firmy Magneti Marelli Wtryskiwacze elektromagnetyczne firmy Bosch pracują przy ciśnieniu 160 MPa Umożliwiają one podział dawki paliwa przypadającej na jeden cykl w zależności od warunkoacutew pracy silnika maksymalnie na trzy części W celu spełnienia normy emisji spalin Euro 4 dla silnika pracującego przy du-żych obciążeniach zastosowano nową funkcję kontroli wspoacutełczynni ka nadmiaru powietrza ktoacuterego wartość wyznacza się w oparciu o wskazania czujnika stęże-nia tlenu W układzie wydechowym badanego silnika zastosowano zintegrowany z kolektorem wydechowym katalizator utleniający W celu poprawy osiągoacutew w układzie dolotowym powietrza umieszczono małą turbosprężarkę o zmiennej geo-

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

11

metrii łopatek kierownicy oraz chłodnicę powietrza doprowadzanego do cylindroacutew W celu ograniczenia emisji tlenkoacutew azotu silnik wyposażono w system recyrkula-cji spalin z ich chłodzeniem Elektroniczny system sterujący pracą silnika 13 Multijet realizuje sterowanie wartością dawki paliwa i jej podziałem kątem wyprzedzenia wtrysku paliwa ciśnieniem paliwa w szynie paliwowej ilością recyrkulowanych spalin prędkością obrotową silnika przy jego pracy na biegu jałowym maksymalną prędkością obrotową wału korbowego silnika oraz pracą świec żarowych [10] W elektronicznym sterowniku ECU silnika 13 Multijet za-stosowano specjalne funkcje sterowania zwiększające dokładność dawkowania pali-wa z uwzględnieniem zużycia wtryskiwacza co pozwala na zmniejszenie nieroacutewno-mierności dawkowania paliwa pomiędzy wtryskiwaczami [8] W ECU zastosowano specjalny algorytm umożliwiający zwiększenie roacutewnomierności dawki pilotującej Sonda lambda umieszczona za turbosprężarką w układzie wydechowym pozwala na wyznaczanie rzeczywistego stosunku paliwa do powietrza W tabeli 1 przedstawio-no podstawowe dane techniczne badanego silnika

Tabela 1 Podstawowe dane techniczne silnika Fiat 13 Multijet

Parametr Jednostka Wartość

Układcylindroacutew - rzędowy

Liczbacylindroacutewc - 4

Rodzajwtrysku - bezpośredni wieloetapowy

Kolejnośćpracycylindroacutew - 1ndash3ndash4-2

Stopieńsprężaniae - 176

ŚrednicacylindraD mm 696

SkoktłokaS mm 82

PojemnośćskokowasilnikaVss cm3 1251

MocmaksymalnasilnikaNe kW 66

PrędkośćobrotowasilnikadlajegomocymaksymalnejnN obrmin 4000

MaksymalnymomentobrotowysilnikaMe Nm 200PrędkośćobrotowasilnikadlajegomaksymalnegomomentuobrotowegonM

obrmin 1750

Prędkośćobrotowabiegujałowegonbj obrmin 850plusmn20

STANOWISKO BADAWCZE

Badania eksperymentalne przeprowadzono na stanowisku hamownianym zbu-dowanym w Laboratorium Silnikoacutew Cieplnych Politechniki Świętokrzyskiej Stano-wisko to składa się z następujących węzłoacutew konstrukcyjnych [1 2 3]

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

12

bull silnika o zapłonie samoczynnym Fiat 13 Multijet bull hamulca elektrowirowego typu EMX ndash 10010 000 firmy Elektromex Centrum bull szafy sterującej pracą silnika i hamulca z układem sterowania firmy Automex bull systemu pomiarowego ciśnienia czynnika roboczego w cylindrze za pomocą

czujnika GH13G12 firmy AVL bull dawkomierza paliwa typu 730 Dynamic Fuel Consumption firmy AVL bull termicznego masowego przepływomierza powietrza SENSYFOLW iG firmy

ABB bull komputera PC umożliwiającego sterowanie pracą stanowiska hamownianego za

pomocą oprogramowania PARM wersja 17 firmy Automex oraz diagnostykę sil-nika przy wykorzystaniu modułu KTS 540 i oprogramowania firmy Bosch

Szafa sterownicza stanowiska składa się z panelu mocy hamulca AMX 202 modułu AMX 211 sterującego zespołem silnik-hamulec modułu pomiarowego AMX212 PMO umożliwiającego pomiar najważniejszych zmiennych opisujących stan silnika (prędkość obrotową wału i moment na wale łączącym silnik z hamulcem) oraz panel pomiaru temperatur i ciśnień Ponadto w szafie sterowniczej umieszczo-ny jest panel do sterowania dawkomierzem paliwa 730 Dynamic Fuel Consumption AVL oraz panel z regulatorami temperatury LUMEL RE43 Stanowisko wyposażo-ne jest w przepływomierz powietrza SENSYFOLW iG firmy ABB zapewniający pomiar wydatku przepływu powietrza z dokładnością 01 Ponadto stanowisko wyposażone jest w trzy wymienniki ciepła chłodzone wodą w obiegu zamkniętym ktoacutere umożliwiają chłodzenie powietrza doładowującego czynnika chłodzące-go oraz paliwa Każdy z wymiennikoacutew ciepła na wlocie wody wyposażony jest w elektrozawoacuter sterowany z szafy sterowniczej za pomocą regulatoroacutew temperatury LUMEL RE43 Umożliwia to utrzymanie stałej zadanej przez użytkownika tempe-ratury powietrza na wlocie do silnika płynu w układzie chłodzenia oraz temperatury paliwa Stanowisko wyposażone jest także w układ do pomiaru temperatur skła-dający się z czujnikoacutew termoelektrycznych i rezystancyjnych firmy Czah-Pomiar oraz przetwornikoacutew temperatury AR592 firmy Apar Układ ten umożliwia pomiary temperatury przed i za wymiennikiem ciepła chłodzącym powietrze doładowujące oraz przed i za wymiennikiem chłodzącym ciecz w układzie chłodzenia paliwa na wyjściu z listwy zasilającej spalin przed sprężarką i za katalizatorem oraz oleju w misce olejowej i głowicy silnika Ponadto stanowisko wyposażone jest w sześć przetwornikoacutew ciśnienia S-10 firmy WIKA ktoacutere umożliwiają pomiary cienienia powietrza doładowania cieczy w układzie chłodzenia spalin przed sprężarką i za katalizatorem oraz oleju w głowicy silnika i ciśnienia w skrzyni korbowej

Do pomiaru stężenia w spalinach tlenkoacutew azotu NOx i tlenu O2 zastosowano analizator EXSA-240-CL firmy Horiba Wykorzystana w tym analizatorze metoda detekcji chemiluminescencji zapewnia bardzo wysoką czułość oraz pozwala na mi-nimalizację oddziaływania na wynik pomiaru innych substancji Do pomiaru stęże-nia w spalinach badanego silnika tlenku węgla dwutlenku węgla i węglowodoroacutew

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

13

zastosowano wielogazowy analizator spalin typu Tecnotest 488 plus Pomiar reali-zowany jest przy wykorzystaniu zjawiska pochłaniania promieniowania podczerwo-nego w środowisku gazowym Analizator mierzy stężenie tlenku węgla dwutlenku węgla i węglowodoroacutew w gazach spalinowych na podstawie selektywnej absorpcji promieniowania podczerwonego przez każdy z wyżej wymienionych składnikoacutew Do pomiaru zadymienia spalin wykorzystano dymomierz MK-3 Hartridgersquoa Dymo-mierz ten działa na zasadzie poroacutewnania przezroczystości spalin z przezroczystością czystego powietrza

WYBRANE WYNIKI BADAŃ

Podczas badań eksperymentalnych silnik Fiat 13 Multijet zainstalowany na ha-mowni silnikowej pracował według charakterystyk obciążeniowych dla wybranych prędkości obrotowych wału korbowego silnika wynoszących n = 1200 1750 2400 3800 4000 i 4200 obrmin W trakcie realizacji badań rejestrowano wartości mocy użytecznej silnika Ne momentu obrotowego użytecznego Mo godzinowego zużycia paliwa Gh wartość ciśnienia paliwa w zasobniku paliwa układu zasilania silnika pw godzinowego zużycie powietrza Gpow ciśnienie doładowania pd Dysponując wymie-nionymi zarejestrowanymi wartościami obliczono jednostkowe zużycie paliwa ge dawkę paliwa przypadającą na jeden cykl pracy silnika dawkę powietrza przypada-jącą na pojedynczy cykl pracy silnika Wykorzystując wyżej wskazane analizatory rejestrowano stężenie w spalinach tlenku węgla CO dwutlenku węgla CO2 tlenkoacutew azotu NOx tlenu O2 i stopień zadymienia spalin Wartości wymienionych powyżej wskaźnikoacutew pracy badanego silnika przedstawiono w tabelach od 2 do 7

Tabela 2 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 1200 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 113 086 76106 597 350 28 19444 984 009 49 136 19 0

2 20 265 105 39623 729 382 32 22222 994 006 61 121 38 0

3 30 366 129 35246 896 390 36 25000 1008 004 70 107 59 0

4 40 505 161 31881 1118 394 39 27083 1027 004 81 95 88 3

5 50 619 178 28756 1236 409 40 27778 1049 003 90 79 133 9

6 60 770 215 27922 1493 454 44 30556 1079 002 100 66 234 11

7 70 884 237 26810 1646 492 49 34028 1116 00 105 60 376 9

8 80 998 263 26353 1826 486 53 36806 1162 007 104 55 522 7

9 88 1100 300 27273 2083 571 57 39583 1182 008 107 50 730 5

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

14

Tabela 3 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 1750 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 184 100 54348 476 418 40 19048 1011 020 50 133 40 0

2 21 386 140 36269 667 460 42 20000 1027 027 70 103 29 0

3 30 552 171 30978 814 504 44 20952 1054 017 80 89 28 0

4 41 755 208 27550 990 560 51 24286 1105 008 86 81 38 25

5 49 902 237 26275 1129 621 58 27619 1155 004 89 78 69 50

6 59 1087 268 24655 1276 673 62 29524 1206 003 94 71 98 60

7 70 1289 310 24050 1476 763 68 32381 1276 002 100 63 124 60

8 80 1474 349 23677 1662 821 72 34286 1353 002 102 59 167 55

9 90 1658 386 23281 1838 851 80 38095 1440 0 103 58 216 50

10 99 1824 426 23355 2029 863 89 42381 1536 0 102 59 281 40

11 110 2026 468 23100 2229 891 96 45714 1624 0 103 58 346 40

12 120 2211 508 22976 2419 881 104 49524 1720 0 102 60 427 35

13 131 2415 545 22567 2595 897 119 56667 1855 0 95 70 670 40

14 140 2581 576 22317 2743 889 118 56190 1808 0 97 67 763 35

15 150 2763 604 21860 2876 889 125 59524 1880 0 101 60 805 35

16 160 2949 638 21634 3038 899 129 61429 1923 0 105 55 835 40

17 170 3134 683 21793 3252 903 133 63333 1988 002 108 50 847 40

18 180 3316 727 21924 3462 897 137 65238 2065 002 111 46 875 45

19 190 3500 767 21914 3652 903 142 67619 2109 004 116 394 833 60

20 202 3722 821 22058 3910 901 142 67619 2131 008 122 304 815 90

Tabela 4 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 2400 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 252 148 58730 514 552 69 23958 1132 009 41 148 60 1

2 20 505 187 37030 649 611 69 23958 1150 010 54 131 58 1

3 30 757 229 30251 795 675 69 23958 1172 009 65 112 57 1

4 41 1036 279 26931 969 799 75 26042 1211 007 75 98 65 2

5 50 1263 327 25891 1135 849 80 27778 1261 005 82 88 75 35

6 60 1516 373 24604 1295 909 86 29861 1315 004 81 77 83 65

7 69 1743 421 24154 1462 1007 99 34375 1392 002 94 74 127 7

8 80 2021 478 23652 1660 1039 101 35069 1452 002 99 63 131 8

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

15

9 90 2274 525 23087 1823 1051 110 38194 1527 002 101 61 150 8

10 100 2525 567 22455 1969 1063 117 40625 1614 002 101 61 180 8

11 110 2778 614 22102 2132 1077 129 44792 1699 0 102 61 221 6

12 120 3032 659 21735 2288 1081 139 48264 1784 0 101 62 269 6

13 130 3283 712 21687 2472 1085 146 50694 1851 0 101 61 334 5

14 140 3539 758 21418 2632 1079 157 54514 1912 0 102 62 407 4

15 150 3788 802 21172 2785 1085 168 58333 2037 0 101 62 472 35

16 160 4043 839 20752 2913 1079 186 64583 2099 0 94 71 798 3

17 169 4270 889 20820 3087 1077 189 65625 2143 0 99 65 843 3

18 180 4548 950 20888 3299 1081 192 66667 2174 0 104 58 872 3

19 190 4801 1010 21037 3507 1085 194 67361 2215 002 109 51 881 4

20 200 5053 1070 21176 3715 1085 197 68403 2255 003 114 43 846 8

21 204 5161 1093 21178 3795 1077 198 68750 2255 004 117 396 847 75

Tabela 5 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 3800 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 9 360 317 88056 695 813 216 47368 1617 002 27 168 170 1

2 20 800 372 46500 816 855 218 47807 1628 002 33 159 199 1

3 30 1200 430 35833 943 915 221 48465 1642 0 38 152 228 1

4 40 1600 489 30563 1072 993 225 49342 1645 0 44 145 267 15

5 50 2000 549 27450 1204 1053 219 48026 1611 0 50 134 314 2

6 60 2401 617 25698 1353 1099 222 48684 1623 0 57 125 370 3

7 69 2760 684 24783 1500 1147 221 48465 1622 0 64 115 425 4

8 80 3201 768 23993 1684 1221 237 51974 1751 0 66 113 487 4

9 90 3600 847 23528 1857 1275 248 54386 1889 0 68 109 574 3

10 100 4002 930 23238 2039 1351 262 57456 1989 0 71 104 667 3

11 111 4441 1010 22743 2215 1439 273 59868 2057 0 76 97 765 2

12 120 4801 1090 22704 2390 1441 273 59868 2059 0 82 89 787 25

13 130 5201 1155 22207 2533 1495 278 60965 2085 0 88 80 862 2

14 141 5641 1272 22549 2789 1494 282 61842 2114 0 95 70 889 3

15 151 6041 1379 22827 3024 1509 283 62061 2136 002 102 60 905 5

16 160 6401 1483 23168 3252 1507 286 62719 2150 004 110 50 899 10

cd tabeli 4

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

16

Tabela 6 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 4000 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 455 365 80220 760 839 237 49375 1708 0 24 168 246 1

2 20 828 411 49638 856 877 243 50625 1735 0 27 163 252 1

3 30 1325 475 35849 990 937 248 51667 1772 0 30 157 360 1

4 40 1656 534 32246 1113 987 255 53125 1807 0 34 151 412 15

5 50 2073 570 27496 1188 1033 229 47708 1601 0 41 138 493 3

6 60 2526 644 25495 1342 1093 235 48958 1628 0 44 130 567 4

7 70 2899 708 24422 1475 1141 235 48958 1629 0 50 124 629 4

8 80 3311 789 23830 1644 1221 246 51250 1706 0 53 115 719 4

9 90 3769 873 23163 1819 1293 264 55000 1862 0 54 113 844 3

10 100 4179 952 22781 1983 1375 276 57500 1973 0 57 109 979 2

11 110 4552 1021 22430 2127 1487 285 59375 2031 0 62 103 1087 3

12 120 5013 1113 22202 2319 1513 286 59583 2046 0 67 94 1150 3

13 130 5457 1178 21587 2454 1593 290 60417 2083 0 71 86 1178 4

14 140 5840 1312 22466 2733 1587 293 61042 2104 0 77 73 1224 45

15 150 6256 1420 22698 2958 1593 294 61250 2127 002 81 65 1238 7

16 158 6504 1489 22894 3102 1583 296 61667 2124 003 86 56 1235 11

Tabela 7 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 4200 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 442 344 77828 683 821 205 40675 1429 004 31 162 178 0

2 20 884 400 45249 794 861 215 42659 1497 003 37 155 208 0

3 30 1326 483 36425 958 921 225 44643 1562 002 42 147 254 2

4 39 1724 574 33295 1139 983 240 47619 1679 0 46 139 285 2

5 50 2211 654 29579 1298 1059 258 51190 1793 0 51 132 328 25

6 60 2652 716 26998 1421 1093 239 47421 1624 0 60 119 376 4

7 70 3095 809 26139 1605 1161 240 47619 1641 0 68 108 437 5

8 80 3536 900 25452 1786 1227 247 49008 1693 0 74 99 489 6

9 90 3979 984 24730 1952 1305 265 52579 1850 0 76 97 565 5

10 100 4423 1078 24373 2139 1381 276 54762 1968 0 78 93 683 5

11 110 4865 1159 23823 2300 1501 289 57341 2028 0 85 84 822 4

12 120 5307 1243 23422 2466 1591 294 58333 2069 002 92 71 937 5

13 131 5794 1408 24301 2794 1569 297 58929 2086 004 101 60 945 8

14 138 6104 1527 25016 3030 1561 298 59127 2102 006 107 51 923 14

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

17

Na rysunkach od 1 do 3 przestawiono sporządzone na podstawie wynikoacutew badań eksperymentalnych charakterystyki obciążeniowe badanego silnika Fiat 13 Multijet dla prędkości obrotowych n = 1200 1750 2400 3800 4000 i 4200 obrmin Na cha-rakterystykach tych w funkcji zmiany obciążenia silnika wyrażonego użytecznym momentem obrotowym Mo pokazano przebiegi zmian godzinowego zużycia paliwa Gh jednostkowego zużycia paliwa ge i godzinowego zużycia powietrza Gpow

Rys 1 Charakterystyka obciążeniowa silnika Fiat 13 Multijet sporządzona dla prędkości

obrotowej n = 1200 i 1750 obrmin przy zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Rys 2 Charakterystyka obciążeniowa silnika Fiat 13 Multijet sporządzona dla prędkości

obrotowej n = 2400 i 3800 obrmin przy zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

18

Rys 3 Charakterystyka obciążeniowa silnika Fiat 13 Multijet sporządzona dla prędkości

obrotowej n = 4000 i 4200 obrmin przy zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

PODSUMOWANIE

Silnik Fiat 13 Multijet będący obiektem badań jest jednym z najnowocześniej-szych silnikoacutew o zapłonie samoczynny ktoacutery stanowi modernizację silnika o mocy 51 kW i momencie obrotowym 180 Nm Zwiększenie mocy do 66 kW i momentu obrotowego do 200 Nm osiągnięto drogą doskonalenia systemu spalania zwięk-szenia ciśnienia wtrysku paliwa do 160 MPa oraz przez zastosowanie turbosprężarki o zmiennej geometrii łopatek kierownicy Ponadto w wersji wyposażonej w filtr czą-stek stałych zwiększono ilość etapoacutew wtryskoacutew przypadających na cykl pracy silnika z trzech do maksymalnie pięciu co związane jest z regeneracją filtra cząstek stałych

Otrzymane wyniki badań hamownianych silnika 13 Multijet potwierdzają wy-sokie osiągi badanego silnika przy niewielkiej emisji szkodliwych składnikoacutew spa-lin Silnik charakteryzuje się dobrą elastycznością dzięki wysokiemu momentowi obrotowemu ktoacuterego wartość większą od Mo = 200 Nm uzyskano przy pracy silni-ka według charakterystyk obciążeniowych przy prędkościach obrotowych n = 1750 obrmin i n = 2400 obrmin Minimalne jednostkowe zużycie paliwa ge = 20752 gkWmiddoth silnik uzyskał przy prędkości obrotowej n = 2400 obrmin Uzyskana wartość momentu obrotowego w tych warunkach pracy silnika to M o = 160 Nm Największe znaczenie ze względu na ochronę naturalnego środowiska człowieka w przypad-ku silnikoacutew o zapłonie samoczynnym ma emisja tlenkoacutew azotu i cząstek stałych Dla przeprowadzonego zakresu badań największe wartości stężenia tlenkoacutew azotu uzyskano przy pracy silnika według charakterystyki obciążeniowej przy prędkości obrotowej n = 4000 obrmin Ponadto z wynikoacutew pomiaroacutew widać że silnik cha-rakteryzuje się minimalną emisją tlenku węgla Wynika to z tego że silnik pracuje ze znacznym nadmiarem powietrza podczas procesu spalania a paliwo wtryskiwane

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

19

jest pod wysokim ciśnieniem do komory spalania umieszczonej w denku tłoka i łatwo ulega wymieszaniu z powietrzem Zastosowanie bezpośredniego wtrysku pa-liwa wysokociśnieniowego układu zasilania Common Rail turbosprężarki z stero-wanym wydatkiem układu recyrkulacji z chłodzeniem recyrkulowanych spalin ka-talizatora z sondą lambda w układzie wydechowym oraz zaawansowanego systemu sterowania wymienionymi układami i podzespołami pozwoliło na spełnienie przez niego wysokich wymagań dotyczących wskaźnikoacutew ekonomiczno-energetycznych i ekologicznych

LITERATURA

1 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P Examination of fast-changing quantities in engine with common rail injection system Journal of KONES Powertrain and transport vol 17 no3 Warsaw 2010

2 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P External speed characteristics in engine with multi-stage fuel injection Journal of KONES Powertrain and transport vol 17 no1 Warsaw 2010

3 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P Ocena parametroacutew pracy wieloetapowo zasilanego silnika 13 Multijet Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdoacutew 1(82)2011

4 Basshuysen R Ottomotor mit Direkteinspritzung Friedr Vieweg amp Sohn Verlag - GWV Fachverlage GmbH Wiesbaden 2007

5 Brzeżański M Śliwiński K Downsizing ndash nowy kierunek rozwoju silnikoacutew samocho-dowych Silniki Spalinowe nr 22004 (119)

6 Golloch R Downsizing bei Verbrennungsmotoren Springer Verlag 20057 Golloch R Merker G P Downsizing bei Verbrennungsmotoren ndash Grundlagen Stand

der Technik und zukuumlnftige Konzepte In MTZ 66 (2005) nr 28 Imarisio R Giardina-Papa P Siracusa M The new 13 L 90 PS diesel engine Silniki

Spalinowe nr 32005 (122)9 Merkisz J Rozwoacutej silnikoacutew spalinowych w aspekcie ich ekologii Zeszyty Naukowe

Instytutu Pojazdoacutew 2(78)201010 Pietras D Świątek P Doboacuter kalibracji sterowania silnika 13 Multijet w aspekcie jego

osiągoacutew i składu spalin Silniki Spalinowe nr 22008 (133)11 Rokosch U Układy oczyszczania spalin i pokładowe systemy diagnostyczne samocho-

doacutew OBD Wydawnictwo Komunikacji i Łączności Warszawa 2007

LOAD CHARACTERISTICS OF TURBOCHARGED 13 MULTIJET ENGINE

Abstract

The paper presents the results of test bench investigations into compression ignition 13 Multijet engine with multistage fuel injection which is manufactured in Poland by Fiat-GM Powertrain Polska Company The tests were conducted at the stand constructed at the Heat Engines Labora-tory of the Kielce University of Technology The scope of investigations included determining

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

20

economic and energetic parameters of the engine work and also environmental parameters such as the concentration of nitrogen oxides NOx carbon monoxide CO and carbon dioxide CO2 in exhaust gases and exhaust gas smokiness During the tests the engine operated under load condi-tions at the crankshaft rotational speed n = 1200 1750 2400 3800 4000 and 4200 rpm Such values of speed were selected because of the multi-stage fuel injection and the enginersquos being able to reach the maximum torque Mo = 200 Nm at the crankshaft rotational speed n = 1750 rpm and the maximum power output Ne = 66 kW delivered at n = 4000 rpm

Key words piston internal combustion engine engine characteristics engine work parameters test bench investigations

Page 2: Andrzej Ambrozik , Tomasz Ambrozik , Dariusz Kurczyński Piotr …yadda.icm.edu.pl/yadda/element/bwmeta1.element.baztech... · 2013. 7. 3. · POSTĘPY N AUKI I TECHNIKI NR 1, 2012

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

8

ich zastosowania między innymi do napędu pojazdoacutew samochodowych Nie zwraca-no woacutewczas uwagi na skład spalin oraz zużycie paliwa Wzrost ilości eksploatowa-nych silnikoacutew oraz coraz większe zapotrzebowanie na paliwa do ich zasilania wy-musiły wprowadzanie zmian w konstrukcji silnika ktoacuterych celem było zmniejszenie zużycia paliwa Skład spalin nie miał decydującego znaczenia dla zastosowań tych silnikoacutew Koniec dwudziestego wieku oraz czasy wspoacutełczesne nazywane są epoką ekologiczną W epoce tej człowiek proacutebuje zmienić swoacutej stosunek do przyrody a dzięki temu zapewnić rozwoacutej wspoacutełczesnych i przyszłych pokoleń Priorytetem dla rozwoju tłokowych silnikoacutew spalinowych stało się stopniowe i zdecydowane ogra-niczanie ich wpływu na środowisko naturalne Obecnie silniki spalinowe podlegają bardzo intensywnemu rozwojowi wynikającemu z konieczności spełnienia kolej-nych coraz ostrzejszych międzynarodowych norm emisji spalin Pierwsze znaczące ograniczenia emisji spalin w Europie wprowadzono na początku lat dziewięćdzie-siątych Była to norma EURO 1 obowiązująca od 1992 roku Obecnie obowiązu-ją wymagania normy EURO 5 Tymczasem przemysł motoryzacyjny intensywnie przygotowuje się do spełnienia wymagań normy EURO 6 ktoacutera będzie obowiązy-wać od 2014 roku Wiąże się to z koniecznością doskonalenia konstrukcji silnika stosowaniem w jego eksploatacji doskonalszych lub nowych płynoacutew eksploatacyj-nych stosowaniem zawansowanych technologii oczyszczania spalin sterowania i nadzorowania przebiegami procesoacutew zachodzących w cylindrze oraz ograniczanie zużycia paliwa przez silnik

KIERUNKI ROZWOJU SILNIKOacuteW ZS

Wspoacutełczesny tłokowy silnik spalinowy aby moacutegł być eksploatowany musi spełniać określone wymagania normatywne Warunkiem koniecznym dającym moż-liwość eksploatacji silnikoacutew jest ich mała uciążliwość dla naturalnego środowiska człowieka Przy projektowaniu wspoacutełczesnych tłokowych silnikoacutew spalinowych na-leży uwzględniać takie czynniki jak małe zużycie paliwa niską toksyczność spalin małą hałaśliwość pracy elastyczność silnika i wiele innych Dążenie do spełniania kolejnych wymagań związanych z ograniczaniem emisji szkodliwych składnikoacutew spalin skutkuje takimi kierunkami rozwoju tłokowych silnikoacutew spalinowych o za-płonie samoczynnym jak [5 6 9 11] bull powszechne stosowanie wtrysku bezpośredniego bull stosowanie nowoczesnych układoacutew zasilania o dużych ciśnieniach wtrysku i

elektronicznym sterowaniu jego przebiegiem bull stosowanie wielozaworowych układoacutew rozrządu z zmiennymi fazami rozrządu i

sterowaniem wzniosem zaworoacutew bull rozwoacutej systemoacutew doładowania stosowanie turbosprężarek turbosprężarek

wspomaganych elektrycznie sprężarek napędzanych silnikiem elektrycznym

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

9

układoacutew doładowujących z chłodzeniem powietrza doładowującego doładowa-nia impulsowego sprężonym powietrzem ze zbiornika ciśnieniowego w czasie przyspieszania samochodu itp

bull stosowanie elektronicznie sterowanych układoacutew recyrkulacji spalin z ich chło-dzeniem

bull elektroniczna regulacja parametroacutew procesu wtrysku bull zastosowanie wieloetapowego wtrysku paliwa bull oddziaływanie na zawirowanie i turbulencję czynnika roboczego bull rozwoacutej koncepcji silnika ze zmiennym stopniem sprężania bull rozwoacutej technologii filtroacutew cząstek stałych stosowanie katalitycznych reaktoroacutew

utleniających reaktoroacutew absorpcyjnych NOx rozwoacutej zastosowania reaktoroacutew katalitycznych SCR

bull rozwoacutej diagnostyki pokładowej bull stosowanie układoacutew chłodzenia o wyższej temperaturze czynnika chłodzącego i

szybszym nagrzewaniu silnika po rozruchu bull kształtowanie przebiegu wywiązywania ciepła podczas procesu spalania poprzez

regulacje ciśnienia wtrysku oraz modulowanie przebiegu wtrysku paliwa w cza-sie

bull downsizing czyli zmniejszenie wymiaroacutew głoacutewnych silnika i downspeeding czyli zmniejszenie prędkości obrotowych silnika

bull rozwoacutej technologii produkcji reformułowanych olejoacutew napędowych ktoacuterych skład jest komponowany pod kątem minimalizacji emisji toksycznych składni-koacutew spalin

Jednym z kierunkoacutew rozwoju tłokowych silnikoacutew spalinowych przeznaczo-nych do napędu pojazdoacutew samochodowych jest downsizing [7] Polega on na dą-żeniu do zmniejszania głoacutewnych wymiaroacutew silnika a w efekcie pojemności sko-kowej silnika przy zachowaniu podstawowych wskaźnikoacutew jego pracy Realizacja przedstawionego zabiegu jest możliwa na drodze zwiększenia wartości wskaźnikoacutew jednostkowych odniesionych np do jednostki objętości skokowej silnika Efektem jest zmniejszenie zużycia paliwa i emisji szkodliwych składnikoacutew spalin Downsi-zing może być dynamiczny lub statyczny Pierwszy polega na wyłączaniu z pracy poszczegoacutelnych cylindroacutew i może być stosowany w silnikach wielocylindrowych Drugi stosowany częściej polega na zmniejszeniu wymiaroacutew głoacutewnych silnika lub zmniejszeniu liczby cylindroacutew Poza zmniejszeniem wymiaroacutew stosuje się wyso-kociśnieniowe układy doładowania dobiera się materiały konstrukcyjne mogące przenieść większe obciążenia mechaniczne i cieplne [5] Wynikiem tych zabiegoacutew jest zmniejszenie zużycia paliwa wynikające z przeniesienia eksploatacji silnika z zakresu małych i średnich obciążeń w zakres dużych obciążeń czego efektem jest wzrost sprawności ogoacutelnej silnika Zmniejszając objętość skokową silnika zmniej-sza się jego straty cieplne straty tarcia oraz wymiary i masę silnika Innym nowym kierunkiem rozwoju tłokowych silnikoacutew spalinowych jest downspeeding [4] Polega

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

10

on na obniżeniu prędkości obrotowej silnika przez modyfikację całkowitego prze-łożenia skrzyni biegoacutew Poprzez odpowiedni doboacuter przełożenia przekładni głoacutewnej układu napędowego można osiągnąć podobną poprawę zużycia paliwa do takiego jak w przypadku obniżenia objętości skokowej silnika Koncepcje downsizingu i downspeedingu zazwyczaj stosowane są roacutewnocześnie

OBIEKT BADAŃ

Obiektem badań był silnik Fiat 13 Multijet produkowany przez firmę FIAT--GM POWERTRAIN Polska w Bielsku Białej spełniający normę emisji spalin Euro IV Silnik ten rozwija maksymalną moc 66 kW przy prędkości obrotowej 4000 obrmin i maksymalny moment obrotowy 200 Nm przy prędkości obrotowej 1750 obrmin Silnik ten prezentuje tendencję rozwoju samochodowych silnikoacutew spalino-wych określaną w literaturze jako bdquodownsizingrdquo Kadłub silnika jest odlany z żeli-wa posiada płytę nośną wykonaną z stopu aluminium i wtopione panewki łożysk głoacutewnych wykonane z żeliwa Rozwiązanie takie przy ograniczonych wymiarach pozwala uzyskać wymaganą sztywność korzystną cha rakterystykę hałaśliwości drgań i wytrzymałości przy jedno czesnym zachowaniu prostoty procesu produkcyj-nego [8] W układzie rozrządu zastosowano dwa wałki rozrządu z ktoacuterych jeden napędzany jest od wału korbowego jednorzędowym łańcuchem natomiast drugi na-pędzany jest od pierwszego wałka przekładnią z paskiem zębatym umieszczoną na drugim końcu wałkoacutew Silnik wyposażono w cztery zawory na cylinder dwa zawory dolotowe i dwa wylotowe odchylone od pionu o 3deg co pozwoliło na umieszczenie między nimi wtryskiwacza Zawory napędzane są dwoma wałkami rozrządu usytu-owanymi w głowicy Jeden wałek napędza bezpośrednio pompę wysokociśnieniową układu zasilania a drugi pompę podciśnieniową Zastosowanie czterech zaworoacutew na cylinder podyktowane zostało zapewnieniem poprawnego przebiegu procesu spalania oraz zwiększeniem wspoacutełczyn nika napełniania cylindra przy dużej pręd-kości obrotowej silnika tak by utrzymać wysoki poziom mocy silnika do prędko-ści obrotowej 5000 obrmin Silnik wyposażono w układ zasilania typu Common Rail Elementy tego układu pochodzą z firmy Bosch natomiast system sterowania jest firmy Magneti Marelli Wtryskiwacze elektromagnetyczne firmy Bosch pracują przy ciśnieniu 160 MPa Umożliwiają one podział dawki paliwa przypadającej na jeden cykl w zależności od warunkoacutew pracy silnika maksymalnie na trzy części W celu spełnienia normy emisji spalin Euro 4 dla silnika pracującego przy du-żych obciążeniach zastosowano nową funkcję kontroli wspoacutełczynni ka nadmiaru powietrza ktoacuterego wartość wyznacza się w oparciu o wskazania czujnika stęże-nia tlenu W układzie wydechowym badanego silnika zastosowano zintegrowany z kolektorem wydechowym katalizator utleniający W celu poprawy osiągoacutew w układzie dolotowym powietrza umieszczono małą turbosprężarkę o zmiennej geo-

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

11

metrii łopatek kierownicy oraz chłodnicę powietrza doprowadzanego do cylindroacutew W celu ograniczenia emisji tlenkoacutew azotu silnik wyposażono w system recyrkula-cji spalin z ich chłodzeniem Elektroniczny system sterujący pracą silnika 13 Multijet realizuje sterowanie wartością dawki paliwa i jej podziałem kątem wyprzedzenia wtrysku paliwa ciśnieniem paliwa w szynie paliwowej ilością recyrkulowanych spalin prędkością obrotową silnika przy jego pracy na biegu jałowym maksymalną prędkością obrotową wału korbowego silnika oraz pracą świec żarowych [10] W elektronicznym sterowniku ECU silnika 13 Multijet za-stosowano specjalne funkcje sterowania zwiększające dokładność dawkowania pali-wa z uwzględnieniem zużycia wtryskiwacza co pozwala na zmniejszenie nieroacutewno-mierności dawkowania paliwa pomiędzy wtryskiwaczami [8] W ECU zastosowano specjalny algorytm umożliwiający zwiększenie roacutewnomierności dawki pilotującej Sonda lambda umieszczona za turbosprężarką w układzie wydechowym pozwala na wyznaczanie rzeczywistego stosunku paliwa do powietrza W tabeli 1 przedstawio-no podstawowe dane techniczne badanego silnika

Tabela 1 Podstawowe dane techniczne silnika Fiat 13 Multijet

Parametr Jednostka Wartość

Układcylindroacutew - rzędowy

Liczbacylindroacutewc - 4

Rodzajwtrysku - bezpośredni wieloetapowy

Kolejnośćpracycylindroacutew - 1ndash3ndash4-2

Stopieńsprężaniae - 176

ŚrednicacylindraD mm 696

SkoktłokaS mm 82

PojemnośćskokowasilnikaVss cm3 1251

MocmaksymalnasilnikaNe kW 66

PrędkośćobrotowasilnikadlajegomocymaksymalnejnN obrmin 4000

MaksymalnymomentobrotowysilnikaMe Nm 200PrędkośćobrotowasilnikadlajegomaksymalnegomomentuobrotowegonM

obrmin 1750

Prędkośćobrotowabiegujałowegonbj obrmin 850plusmn20

STANOWISKO BADAWCZE

Badania eksperymentalne przeprowadzono na stanowisku hamownianym zbu-dowanym w Laboratorium Silnikoacutew Cieplnych Politechniki Świętokrzyskiej Stano-wisko to składa się z następujących węzłoacutew konstrukcyjnych [1 2 3]

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

12

bull silnika o zapłonie samoczynnym Fiat 13 Multijet bull hamulca elektrowirowego typu EMX ndash 10010 000 firmy Elektromex Centrum bull szafy sterującej pracą silnika i hamulca z układem sterowania firmy Automex bull systemu pomiarowego ciśnienia czynnika roboczego w cylindrze za pomocą

czujnika GH13G12 firmy AVL bull dawkomierza paliwa typu 730 Dynamic Fuel Consumption firmy AVL bull termicznego masowego przepływomierza powietrza SENSYFOLW iG firmy

ABB bull komputera PC umożliwiającego sterowanie pracą stanowiska hamownianego za

pomocą oprogramowania PARM wersja 17 firmy Automex oraz diagnostykę sil-nika przy wykorzystaniu modułu KTS 540 i oprogramowania firmy Bosch

Szafa sterownicza stanowiska składa się z panelu mocy hamulca AMX 202 modułu AMX 211 sterującego zespołem silnik-hamulec modułu pomiarowego AMX212 PMO umożliwiającego pomiar najważniejszych zmiennych opisujących stan silnika (prędkość obrotową wału i moment na wale łączącym silnik z hamulcem) oraz panel pomiaru temperatur i ciśnień Ponadto w szafie sterowniczej umieszczo-ny jest panel do sterowania dawkomierzem paliwa 730 Dynamic Fuel Consumption AVL oraz panel z regulatorami temperatury LUMEL RE43 Stanowisko wyposażo-ne jest w przepływomierz powietrza SENSYFOLW iG firmy ABB zapewniający pomiar wydatku przepływu powietrza z dokładnością 01 Ponadto stanowisko wyposażone jest w trzy wymienniki ciepła chłodzone wodą w obiegu zamkniętym ktoacutere umożliwiają chłodzenie powietrza doładowującego czynnika chłodzące-go oraz paliwa Każdy z wymiennikoacutew ciepła na wlocie wody wyposażony jest w elektrozawoacuter sterowany z szafy sterowniczej za pomocą regulatoroacutew temperatury LUMEL RE43 Umożliwia to utrzymanie stałej zadanej przez użytkownika tempe-ratury powietrza na wlocie do silnika płynu w układzie chłodzenia oraz temperatury paliwa Stanowisko wyposażone jest także w układ do pomiaru temperatur skła-dający się z czujnikoacutew termoelektrycznych i rezystancyjnych firmy Czah-Pomiar oraz przetwornikoacutew temperatury AR592 firmy Apar Układ ten umożliwia pomiary temperatury przed i za wymiennikiem ciepła chłodzącym powietrze doładowujące oraz przed i za wymiennikiem chłodzącym ciecz w układzie chłodzenia paliwa na wyjściu z listwy zasilającej spalin przed sprężarką i za katalizatorem oraz oleju w misce olejowej i głowicy silnika Ponadto stanowisko wyposażone jest w sześć przetwornikoacutew ciśnienia S-10 firmy WIKA ktoacutere umożliwiają pomiary cienienia powietrza doładowania cieczy w układzie chłodzenia spalin przed sprężarką i za katalizatorem oraz oleju w głowicy silnika i ciśnienia w skrzyni korbowej

Do pomiaru stężenia w spalinach tlenkoacutew azotu NOx i tlenu O2 zastosowano analizator EXSA-240-CL firmy Horiba Wykorzystana w tym analizatorze metoda detekcji chemiluminescencji zapewnia bardzo wysoką czułość oraz pozwala na mi-nimalizację oddziaływania na wynik pomiaru innych substancji Do pomiaru stęże-nia w spalinach badanego silnika tlenku węgla dwutlenku węgla i węglowodoroacutew

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

13

zastosowano wielogazowy analizator spalin typu Tecnotest 488 plus Pomiar reali-zowany jest przy wykorzystaniu zjawiska pochłaniania promieniowania podczerwo-nego w środowisku gazowym Analizator mierzy stężenie tlenku węgla dwutlenku węgla i węglowodoroacutew w gazach spalinowych na podstawie selektywnej absorpcji promieniowania podczerwonego przez każdy z wyżej wymienionych składnikoacutew Do pomiaru zadymienia spalin wykorzystano dymomierz MK-3 Hartridgersquoa Dymo-mierz ten działa na zasadzie poroacutewnania przezroczystości spalin z przezroczystością czystego powietrza

WYBRANE WYNIKI BADAŃ

Podczas badań eksperymentalnych silnik Fiat 13 Multijet zainstalowany na ha-mowni silnikowej pracował według charakterystyk obciążeniowych dla wybranych prędkości obrotowych wału korbowego silnika wynoszących n = 1200 1750 2400 3800 4000 i 4200 obrmin W trakcie realizacji badań rejestrowano wartości mocy użytecznej silnika Ne momentu obrotowego użytecznego Mo godzinowego zużycia paliwa Gh wartość ciśnienia paliwa w zasobniku paliwa układu zasilania silnika pw godzinowego zużycie powietrza Gpow ciśnienie doładowania pd Dysponując wymie-nionymi zarejestrowanymi wartościami obliczono jednostkowe zużycie paliwa ge dawkę paliwa przypadającą na jeden cykl pracy silnika dawkę powietrza przypada-jącą na pojedynczy cykl pracy silnika Wykorzystując wyżej wskazane analizatory rejestrowano stężenie w spalinach tlenku węgla CO dwutlenku węgla CO2 tlenkoacutew azotu NOx tlenu O2 i stopień zadymienia spalin Wartości wymienionych powyżej wskaźnikoacutew pracy badanego silnika przedstawiono w tabelach od 2 do 7

Tabela 2 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 1200 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 113 086 76106 597 350 28 19444 984 009 49 136 19 0

2 20 265 105 39623 729 382 32 22222 994 006 61 121 38 0

3 30 366 129 35246 896 390 36 25000 1008 004 70 107 59 0

4 40 505 161 31881 1118 394 39 27083 1027 004 81 95 88 3

5 50 619 178 28756 1236 409 40 27778 1049 003 90 79 133 9

6 60 770 215 27922 1493 454 44 30556 1079 002 100 66 234 11

7 70 884 237 26810 1646 492 49 34028 1116 00 105 60 376 9

8 80 998 263 26353 1826 486 53 36806 1162 007 104 55 522 7

9 88 1100 300 27273 2083 571 57 39583 1182 008 107 50 730 5

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

14

Tabela 3 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 1750 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 184 100 54348 476 418 40 19048 1011 020 50 133 40 0

2 21 386 140 36269 667 460 42 20000 1027 027 70 103 29 0

3 30 552 171 30978 814 504 44 20952 1054 017 80 89 28 0

4 41 755 208 27550 990 560 51 24286 1105 008 86 81 38 25

5 49 902 237 26275 1129 621 58 27619 1155 004 89 78 69 50

6 59 1087 268 24655 1276 673 62 29524 1206 003 94 71 98 60

7 70 1289 310 24050 1476 763 68 32381 1276 002 100 63 124 60

8 80 1474 349 23677 1662 821 72 34286 1353 002 102 59 167 55

9 90 1658 386 23281 1838 851 80 38095 1440 0 103 58 216 50

10 99 1824 426 23355 2029 863 89 42381 1536 0 102 59 281 40

11 110 2026 468 23100 2229 891 96 45714 1624 0 103 58 346 40

12 120 2211 508 22976 2419 881 104 49524 1720 0 102 60 427 35

13 131 2415 545 22567 2595 897 119 56667 1855 0 95 70 670 40

14 140 2581 576 22317 2743 889 118 56190 1808 0 97 67 763 35

15 150 2763 604 21860 2876 889 125 59524 1880 0 101 60 805 35

16 160 2949 638 21634 3038 899 129 61429 1923 0 105 55 835 40

17 170 3134 683 21793 3252 903 133 63333 1988 002 108 50 847 40

18 180 3316 727 21924 3462 897 137 65238 2065 002 111 46 875 45

19 190 3500 767 21914 3652 903 142 67619 2109 004 116 394 833 60

20 202 3722 821 22058 3910 901 142 67619 2131 008 122 304 815 90

Tabela 4 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 2400 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 252 148 58730 514 552 69 23958 1132 009 41 148 60 1

2 20 505 187 37030 649 611 69 23958 1150 010 54 131 58 1

3 30 757 229 30251 795 675 69 23958 1172 009 65 112 57 1

4 41 1036 279 26931 969 799 75 26042 1211 007 75 98 65 2

5 50 1263 327 25891 1135 849 80 27778 1261 005 82 88 75 35

6 60 1516 373 24604 1295 909 86 29861 1315 004 81 77 83 65

7 69 1743 421 24154 1462 1007 99 34375 1392 002 94 74 127 7

8 80 2021 478 23652 1660 1039 101 35069 1452 002 99 63 131 8

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

15

9 90 2274 525 23087 1823 1051 110 38194 1527 002 101 61 150 8

10 100 2525 567 22455 1969 1063 117 40625 1614 002 101 61 180 8

11 110 2778 614 22102 2132 1077 129 44792 1699 0 102 61 221 6

12 120 3032 659 21735 2288 1081 139 48264 1784 0 101 62 269 6

13 130 3283 712 21687 2472 1085 146 50694 1851 0 101 61 334 5

14 140 3539 758 21418 2632 1079 157 54514 1912 0 102 62 407 4

15 150 3788 802 21172 2785 1085 168 58333 2037 0 101 62 472 35

16 160 4043 839 20752 2913 1079 186 64583 2099 0 94 71 798 3

17 169 4270 889 20820 3087 1077 189 65625 2143 0 99 65 843 3

18 180 4548 950 20888 3299 1081 192 66667 2174 0 104 58 872 3

19 190 4801 1010 21037 3507 1085 194 67361 2215 002 109 51 881 4

20 200 5053 1070 21176 3715 1085 197 68403 2255 003 114 43 846 8

21 204 5161 1093 21178 3795 1077 198 68750 2255 004 117 396 847 75

Tabela 5 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 3800 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 9 360 317 88056 695 813 216 47368 1617 002 27 168 170 1

2 20 800 372 46500 816 855 218 47807 1628 002 33 159 199 1

3 30 1200 430 35833 943 915 221 48465 1642 0 38 152 228 1

4 40 1600 489 30563 1072 993 225 49342 1645 0 44 145 267 15

5 50 2000 549 27450 1204 1053 219 48026 1611 0 50 134 314 2

6 60 2401 617 25698 1353 1099 222 48684 1623 0 57 125 370 3

7 69 2760 684 24783 1500 1147 221 48465 1622 0 64 115 425 4

8 80 3201 768 23993 1684 1221 237 51974 1751 0 66 113 487 4

9 90 3600 847 23528 1857 1275 248 54386 1889 0 68 109 574 3

10 100 4002 930 23238 2039 1351 262 57456 1989 0 71 104 667 3

11 111 4441 1010 22743 2215 1439 273 59868 2057 0 76 97 765 2

12 120 4801 1090 22704 2390 1441 273 59868 2059 0 82 89 787 25

13 130 5201 1155 22207 2533 1495 278 60965 2085 0 88 80 862 2

14 141 5641 1272 22549 2789 1494 282 61842 2114 0 95 70 889 3

15 151 6041 1379 22827 3024 1509 283 62061 2136 002 102 60 905 5

16 160 6401 1483 23168 3252 1507 286 62719 2150 004 110 50 899 10

cd tabeli 4

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

16

Tabela 6 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 4000 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 455 365 80220 760 839 237 49375 1708 0 24 168 246 1

2 20 828 411 49638 856 877 243 50625 1735 0 27 163 252 1

3 30 1325 475 35849 990 937 248 51667 1772 0 30 157 360 1

4 40 1656 534 32246 1113 987 255 53125 1807 0 34 151 412 15

5 50 2073 570 27496 1188 1033 229 47708 1601 0 41 138 493 3

6 60 2526 644 25495 1342 1093 235 48958 1628 0 44 130 567 4

7 70 2899 708 24422 1475 1141 235 48958 1629 0 50 124 629 4

8 80 3311 789 23830 1644 1221 246 51250 1706 0 53 115 719 4

9 90 3769 873 23163 1819 1293 264 55000 1862 0 54 113 844 3

10 100 4179 952 22781 1983 1375 276 57500 1973 0 57 109 979 2

11 110 4552 1021 22430 2127 1487 285 59375 2031 0 62 103 1087 3

12 120 5013 1113 22202 2319 1513 286 59583 2046 0 67 94 1150 3

13 130 5457 1178 21587 2454 1593 290 60417 2083 0 71 86 1178 4

14 140 5840 1312 22466 2733 1587 293 61042 2104 0 77 73 1224 45

15 150 6256 1420 22698 2958 1593 294 61250 2127 002 81 65 1238 7

16 158 6504 1489 22894 3102 1583 296 61667 2124 003 86 56 1235 11

Tabela 7 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 4200 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 442 344 77828 683 821 205 40675 1429 004 31 162 178 0

2 20 884 400 45249 794 861 215 42659 1497 003 37 155 208 0

3 30 1326 483 36425 958 921 225 44643 1562 002 42 147 254 2

4 39 1724 574 33295 1139 983 240 47619 1679 0 46 139 285 2

5 50 2211 654 29579 1298 1059 258 51190 1793 0 51 132 328 25

6 60 2652 716 26998 1421 1093 239 47421 1624 0 60 119 376 4

7 70 3095 809 26139 1605 1161 240 47619 1641 0 68 108 437 5

8 80 3536 900 25452 1786 1227 247 49008 1693 0 74 99 489 6

9 90 3979 984 24730 1952 1305 265 52579 1850 0 76 97 565 5

10 100 4423 1078 24373 2139 1381 276 54762 1968 0 78 93 683 5

11 110 4865 1159 23823 2300 1501 289 57341 2028 0 85 84 822 4

12 120 5307 1243 23422 2466 1591 294 58333 2069 002 92 71 937 5

13 131 5794 1408 24301 2794 1569 297 58929 2086 004 101 60 945 8

14 138 6104 1527 25016 3030 1561 298 59127 2102 006 107 51 923 14

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

17

Na rysunkach od 1 do 3 przestawiono sporządzone na podstawie wynikoacutew badań eksperymentalnych charakterystyki obciążeniowe badanego silnika Fiat 13 Multijet dla prędkości obrotowych n = 1200 1750 2400 3800 4000 i 4200 obrmin Na cha-rakterystykach tych w funkcji zmiany obciążenia silnika wyrażonego użytecznym momentem obrotowym Mo pokazano przebiegi zmian godzinowego zużycia paliwa Gh jednostkowego zużycia paliwa ge i godzinowego zużycia powietrza Gpow

Rys 1 Charakterystyka obciążeniowa silnika Fiat 13 Multijet sporządzona dla prędkości

obrotowej n = 1200 i 1750 obrmin przy zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Rys 2 Charakterystyka obciążeniowa silnika Fiat 13 Multijet sporządzona dla prędkości

obrotowej n = 2400 i 3800 obrmin przy zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

18

Rys 3 Charakterystyka obciążeniowa silnika Fiat 13 Multijet sporządzona dla prędkości

obrotowej n = 4000 i 4200 obrmin przy zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

PODSUMOWANIE

Silnik Fiat 13 Multijet będący obiektem badań jest jednym z najnowocześniej-szych silnikoacutew o zapłonie samoczynny ktoacutery stanowi modernizację silnika o mocy 51 kW i momencie obrotowym 180 Nm Zwiększenie mocy do 66 kW i momentu obrotowego do 200 Nm osiągnięto drogą doskonalenia systemu spalania zwięk-szenia ciśnienia wtrysku paliwa do 160 MPa oraz przez zastosowanie turbosprężarki o zmiennej geometrii łopatek kierownicy Ponadto w wersji wyposażonej w filtr czą-stek stałych zwiększono ilość etapoacutew wtryskoacutew przypadających na cykl pracy silnika z trzech do maksymalnie pięciu co związane jest z regeneracją filtra cząstek stałych

Otrzymane wyniki badań hamownianych silnika 13 Multijet potwierdzają wy-sokie osiągi badanego silnika przy niewielkiej emisji szkodliwych składnikoacutew spa-lin Silnik charakteryzuje się dobrą elastycznością dzięki wysokiemu momentowi obrotowemu ktoacuterego wartość większą od Mo = 200 Nm uzyskano przy pracy silni-ka według charakterystyk obciążeniowych przy prędkościach obrotowych n = 1750 obrmin i n = 2400 obrmin Minimalne jednostkowe zużycie paliwa ge = 20752 gkWmiddoth silnik uzyskał przy prędkości obrotowej n = 2400 obrmin Uzyskana wartość momentu obrotowego w tych warunkach pracy silnika to M o = 160 Nm Największe znaczenie ze względu na ochronę naturalnego środowiska człowieka w przypad-ku silnikoacutew o zapłonie samoczynnym ma emisja tlenkoacutew azotu i cząstek stałych Dla przeprowadzonego zakresu badań największe wartości stężenia tlenkoacutew azotu uzyskano przy pracy silnika według charakterystyki obciążeniowej przy prędkości obrotowej n = 4000 obrmin Ponadto z wynikoacutew pomiaroacutew widać że silnik cha-rakteryzuje się minimalną emisją tlenku węgla Wynika to z tego że silnik pracuje ze znacznym nadmiarem powietrza podczas procesu spalania a paliwo wtryskiwane

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

19

jest pod wysokim ciśnieniem do komory spalania umieszczonej w denku tłoka i łatwo ulega wymieszaniu z powietrzem Zastosowanie bezpośredniego wtrysku pa-liwa wysokociśnieniowego układu zasilania Common Rail turbosprężarki z stero-wanym wydatkiem układu recyrkulacji z chłodzeniem recyrkulowanych spalin ka-talizatora z sondą lambda w układzie wydechowym oraz zaawansowanego systemu sterowania wymienionymi układami i podzespołami pozwoliło na spełnienie przez niego wysokich wymagań dotyczących wskaźnikoacutew ekonomiczno-energetycznych i ekologicznych

LITERATURA

1 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P Examination of fast-changing quantities in engine with common rail injection system Journal of KONES Powertrain and transport vol 17 no3 Warsaw 2010

2 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P External speed characteristics in engine with multi-stage fuel injection Journal of KONES Powertrain and transport vol 17 no1 Warsaw 2010

3 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P Ocena parametroacutew pracy wieloetapowo zasilanego silnika 13 Multijet Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdoacutew 1(82)2011

4 Basshuysen R Ottomotor mit Direkteinspritzung Friedr Vieweg amp Sohn Verlag - GWV Fachverlage GmbH Wiesbaden 2007

5 Brzeżański M Śliwiński K Downsizing ndash nowy kierunek rozwoju silnikoacutew samocho-dowych Silniki Spalinowe nr 22004 (119)

6 Golloch R Downsizing bei Verbrennungsmotoren Springer Verlag 20057 Golloch R Merker G P Downsizing bei Verbrennungsmotoren ndash Grundlagen Stand

der Technik und zukuumlnftige Konzepte In MTZ 66 (2005) nr 28 Imarisio R Giardina-Papa P Siracusa M The new 13 L 90 PS diesel engine Silniki

Spalinowe nr 32005 (122)9 Merkisz J Rozwoacutej silnikoacutew spalinowych w aspekcie ich ekologii Zeszyty Naukowe

Instytutu Pojazdoacutew 2(78)201010 Pietras D Świątek P Doboacuter kalibracji sterowania silnika 13 Multijet w aspekcie jego

osiągoacutew i składu spalin Silniki Spalinowe nr 22008 (133)11 Rokosch U Układy oczyszczania spalin i pokładowe systemy diagnostyczne samocho-

doacutew OBD Wydawnictwo Komunikacji i Łączności Warszawa 2007

LOAD CHARACTERISTICS OF TURBOCHARGED 13 MULTIJET ENGINE

Abstract

The paper presents the results of test bench investigations into compression ignition 13 Multijet engine with multistage fuel injection which is manufactured in Poland by Fiat-GM Powertrain Polska Company The tests were conducted at the stand constructed at the Heat Engines Labora-tory of the Kielce University of Technology The scope of investigations included determining

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

20

economic and energetic parameters of the engine work and also environmental parameters such as the concentration of nitrogen oxides NOx carbon monoxide CO and carbon dioxide CO2 in exhaust gases and exhaust gas smokiness During the tests the engine operated under load condi-tions at the crankshaft rotational speed n = 1200 1750 2400 3800 4000 and 4200 rpm Such values of speed were selected because of the multi-stage fuel injection and the enginersquos being able to reach the maximum torque Mo = 200 Nm at the crankshaft rotational speed n = 1750 rpm and the maximum power output Ne = 66 kW delivered at n = 4000 rpm

Key words piston internal combustion engine engine characteristics engine work parameters test bench investigations

Page 3: Andrzej Ambrozik , Tomasz Ambrozik , Dariusz Kurczyński Piotr …yadda.icm.edu.pl/yadda/element/bwmeta1.element.baztech... · 2013. 7. 3. · POSTĘPY N AUKI I TECHNIKI NR 1, 2012

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

9

układoacutew doładowujących z chłodzeniem powietrza doładowującego doładowa-nia impulsowego sprężonym powietrzem ze zbiornika ciśnieniowego w czasie przyspieszania samochodu itp

bull stosowanie elektronicznie sterowanych układoacutew recyrkulacji spalin z ich chło-dzeniem

bull elektroniczna regulacja parametroacutew procesu wtrysku bull zastosowanie wieloetapowego wtrysku paliwa bull oddziaływanie na zawirowanie i turbulencję czynnika roboczego bull rozwoacutej koncepcji silnika ze zmiennym stopniem sprężania bull rozwoacutej technologii filtroacutew cząstek stałych stosowanie katalitycznych reaktoroacutew

utleniających reaktoroacutew absorpcyjnych NOx rozwoacutej zastosowania reaktoroacutew katalitycznych SCR

bull rozwoacutej diagnostyki pokładowej bull stosowanie układoacutew chłodzenia o wyższej temperaturze czynnika chłodzącego i

szybszym nagrzewaniu silnika po rozruchu bull kształtowanie przebiegu wywiązywania ciepła podczas procesu spalania poprzez

regulacje ciśnienia wtrysku oraz modulowanie przebiegu wtrysku paliwa w cza-sie

bull downsizing czyli zmniejszenie wymiaroacutew głoacutewnych silnika i downspeeding czyli zmniejszenie prędkości obrotowych silnika

bull rozwoacutej technologii produkcji reformułowanych olejoacutew napędowych ktoacuterych skład jest komponowany pod kątem minimalizacji emisji toksycznych składni-koacutew spalin

Jednym z kierunkoacutew rozwoju tłokowych silnikoacutew spalinowych przeznaczo-nych do napędu pojazdoacutew samochodowych jest downsizing [7] Polega on na dą-żeniu do zmniejszania głoacutewnych wymiaroacutew silnika a w efekcie pojemności sko-kowej silnika przy zachowaniu podstawowych wskaźnikoacutew jego pracy Realizacja przedstawionego zabiegu jest możliwa na drodze zwiększenia wartości wskaźnikoacutew jednostkowych odniesionych np do jednostki objętości skokowej silnika Efektem jest zmniejszenie zużycia paliwa i emisji szkodliwych składnikoacutew spalin Downsi-zing może być dynamiczny lub statyczny Pierwszy polega na wyłączaniu z pracy poszczegoacutelnych cylindroacutew i może być stosowany w silnikach wielocylindrowych Drugi stosowany częściej polega na zmniejszeniu wymiaroacutew głoacutewnych silnika lub zmniejszeniu liczby cylindroacutew Poza zmniejszeniem wymiaroacutew stosuje się wyso-kociśnieniowe układy doładowania dobiera się materiały konstrukcyjne mogące przenieść większe obciążenia mechaniczne i cieplne [5] Wynikiem tych zabiegoacutew jest zmniejszenie zużycia paliwa wynikające z przeniesienia eksploatacji silnika z zakresu małych i średnich obciążeń w zakres dużych obciążeń czego efektem jest wzrost sprawności ogoacutelnej silnika Zmniejszając objętość skokową silnika zmniej-sza się jego straty cieplne straty tarcia oraz wymiary i masę silnika Innym nowym kierunkiem rozwoju tłokowych silnikoacutew spalinowych jest downspeeding [4] Polega

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

10

on na obniżeniu prędkości obrotowej silnika przez modyfikację całkowitego prze-łożenia skrzyni biegoacutew Poprzez odpowiedni doboacuter przełożenia przekładni głoacutewnej układu napędowego można osiągnąć podobną poprawę zużycia paliwa do takiego jak w przypadku obniżenia objętości skokowej silnika Koncepcje downsizingu i downspeedingu zazwyczaj stosowane są roacutewnocześnie

OBIEKT BADAŃ

Obiektem badań był silnik Fiat 13 Multijet produkowany przez firmę FIAT--GM POWERTRAIN Polska w Bielsku Białej spełniający normę emisji spalin Euro IV Silnik ten rozwija maksymalną moc 66 kW przy prędkości obrotowej 4000 obrmin i maksymalny moment obrotowy 200 Nm przy prędkości obrotowej 1750 obrmin Silnik ten prezentuje tendencję rozwoju samochodowych silnikoacutew spalino-wych określaną w literaturze jako bdquodownsizingrdquo Kadłub silnika jest odlany z żeli-wa posiada płytę nośną wykonaną z stopu aluminium i wtopione panewki łożysk głoacutewnych wykonane z żeliwa Rozwiązanie takie przy ograniczonych wymiarach pozwala uzyskać wymaganą sztywność korzystną cha rakterystykę hałaśliwości drgań i wytrzymałości przy jedno czesnym zachowaniu prostoty procesu produkcyj-nego [8] W układzie rozrządu zastosowano dwa wałki rozrządu z ktoacuterych jeden napędzany jest od wału korbowego jednorzędowym łańcuchem natomiast drugi na-pędzany jest od pierwszego wałka przekładnią z paskiem zębatym umieszczoną na drugim końcu wałkoacutew Silnik wyposażono w cztery zawory na cylinder dwa zawory dolotowe i dwa wylotowe odchylone od pionu o 3deg co pozwoliło na umieszczenie między nimi wtryskiwacza Zawory napędzane są dwoma wałkami rozrządu usytu-owanymi w głowicy Jeden wałek napędza bezpośrednio pompę wysokociśnieniową układu zasilania a drugi pompę podciśnieniową Zastosowanie czterech zaworoacutew na cylinder podyktowane zostało zapewnieniem poprawnego przebiegu procesu spalania oraz zwiększeniem wspoacutełczyn nika napełniania cylindra przy dużej pręd-kości obrotowej silnika tak by utrzymać wysoki poziom mocy silnika do prędko-ści obrotowej 5000 obrmin Silnik wyposażono w układ zasilania typu Common Rail Elementy tego układu pochodzą z firmy Bosch natomiast system sterowania jest firmy Magneti Marelli Wtryskiwacze elektromagnetyczne firmy Bosch pracują przy ciśnieniu 160 MPa Umożliwiają one podział dawki paliwa przypadającej na jeden cykl w zależności od warunkoacutew pracy silnika maksymalnie na trzy części W celu spełnienia normy emisji spalin Euro 4 dla silnika pracującego przy du-żych obciążeniach zastosowano nową funkcję kontroli wspoacutełczynni ka nadmiaru powietrza ktoacuterego wartość wyznacza się w oparciu o wskazania czujnika stęże-nia tlenu W układzie wydechowym badanego silnika zastosowano zintegrowany z kolektorem wydechowym katalizator utleniający W celu poprawy osiągoacutew w układzie dolotowym powietrza umieszczono małą turbosprężarkę o zmiennej geo-

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

11

metrii łopatek kierownicy oraz chłodnicę powietrza doprowadzanego do cylindroacutew W celu ograniczenia emisji tlenkoacutew azotu silnik wyposażono w system recyrkula-cji spalin z ich chłodzeniem Elektroniczny system sterujący pracą silnika 13 Multijet realizuje sterowanie wartością dawki paliwa i jej podziałem kątem wyprzedzenia wtrysku paliwa ciśnieniem paliwa w szynie paliwowej ilością recyrkulowanych spalin prędkością obrotową silnika przy jego pracy na biegu jałowym maksymalną prędkością obrotową wału korbowego silnika oraz pracą świec żarowych [10] W elektronicznym sterowniku ECU silnika 13 Multijet za-stosowano specjalne funkcje sterowania zwiększające dokładność dawkowania pali-wa z uwzględnieniem zużycia wtryskiwacza co pozwala na zmniejszenie nieroacutewno-mierności dawkowania paliwa pomiędzy wtryskiwaczami [8] W ECU zastosowano specjalny algorytm umożliwiający zwiększenie roacutewnomierności dawki pilotującej Sonda lambda umieszczona za turbosprężarką w układzie wydechowym pozwala na wyznaczanie rzeczywistego stosunku paliwa do powietrza W tabeli 1 przedstawio-no podstawowe dane techniczne badanego silnika

Tabela 1 Podstawowe dane techniczne silnika Fiat 13 Multijet

Parametr Jednostka Wartość

Układcylindroacutew - rzędowy

Liczbacylindroacutewc - 4

Rodzajwtrysku - bezpośredni wieloetapowy

Kolejnośćpracycylindroacutew - 1ndash3ndash4-2

Stopieńsprężaniae - 176

ŚrednicacylindraD mm 696

SkoktłokaS mm 82

PojemnośćskokowasilnikaVss cm3 1251

MocmaksymalnasilnikaNe kW 66

PrędkośćobrotowasilnikadlajegomocymaksymalnejnN obrmin 4000

MaksymalnymomentobrotowysilnikaMe Nm 200PrędkośćobrotowasilnikadlajegomaksymalnegomomentuobrotowegonM

obrmin 1750

Prędkośćobrotowabiegujałowegonbj obrmin 850plusmn20

STANOWISKO BADAWCZE

Badania eksperymentalne przeprowadzono na stanowisku hamownianym zbu-dowanym w Laboratorium Silnikoacutew Cieplnych Politechniki Świętokrzyskiej Stano-wisko to składa się z następujących węzłoacutew konstrukcyjnych [1 2 3]

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

12

bull silnika o zapłonie samoczynnym Fiat 13 Multijet bull hamulca elektrowirowego typu EMX ndash 10010 000 firmy Elektromex Centrum bull szafy sterującej pracą silnika i hamulca z układem sterowania firmy Automex bull systemu pomiarowego ciśnienia czynnika roboczego w cylindrze za pomocą

czujnika GH13G12 firmy AVL bull dawkomierza paliwa typu 730 Dynamic Fuel Consumption firmy AVL bull termicznego masowego przepływomierza powietrza SENSYFOLW iG firmy

ABB bull komputera PC umożliwiającego sterowanie pracą stanowiska hamownianego za

pomocą oprogramowania PARM wersja 17 firmy Automex oraz diagnostykę sil-nika przy wykorzystaniu modułu KTS 540 i oprogramowania firmy Bosch

Szafa sterownicza stanowiska składa się z panelu mocy hamulca AMX 202 modułu AMX 211 sterującego zespołem silnik-hamulec modułu pomiarowego AMX212 PMO umożliwiającego pomiar najważniejszych zmiennych opisujących stan silnika (prędkość obrotową wału i moment na wale łączącym silnik z hamulcem) oraz panel pomiaru temperatur i ciśnień Ponadto w szafie sterowniczej umieszczo-ny jest panel do sterowania dawkomierzem paliwa 730 Dynamic Fuel Consumption AVL oraz panel z regulatorami temperatury LUMEL RE43 Stanowisko wyposażo-ne jest w przepływomierz powietrza SENSYFOLW iG firmy ABB zapewniający pomiar wydatku przepływu powietrza z dokładnością 01 Ponadto stanowisko wyposażone jest w trzy wymienniki ciepła chłodzone wodą w obiegu zamkniętym ktoacutere umożliwiają chłodzenie powietrza doładowującego czynnika chłodzące-go oraz paliwa Każdy z wymiennikoacutew ciepła na wlocie wody wyposażony jest w elektrozawoacuter sterowany z szafy sterowniczej za pomocą regulatoroacutew temperatury LUMEL RE43 Umożliwia to utrzymanie stałej zadanej przez użytkownika tempe-ratury powietrza na wlocie do silnika płynu w układzie chłodzenia oraz temperatury paliwa Stanowisko wyposażone jest także w układ do pomiaru temperatur skła-dający się z czujnikoacutew termoelektrycznych i rezystancyjnych firmy Czah-Pomiar oraz przetwornikoacutew temperatury AR592 firmy Apar Układ ten umożliwia pomiary temperatury przed i za wymiennikiem ciepła chłodzącym powietrze doładowujące oraz przed i za wymiennikiem chłodzącym ciecz w układzie chłodzenia paliwa na wyjściu z listwy zasilającej spalin przed sprężarką i za katalizatorem oraz oleju w misce olejowej i głowicy silnika Ponadto stanowisko wyposażone jest w sześć przetwornikoacutew ciśnienia S-10 firmy WIKA ktoacutere umożliwiają pomiary cienienia powietrza doładowania cieczy w układzie chłodzenia spalin przed sprężarką i za katalizatorem oraz oleju w głowicy silnika i ciśnienia w skrzyni korbowej

Do pomiaru stężenia w spalinach tlenkoacutew azotu NOx i tlenu O2 zastosowano analizator EXSA-240-CL firmy Horiba Wykorzystana w tym analizatorze metoda detekcji chemiluminescencji zapewnia bardzo wysoką czułość oraz pozwala na mi-nimalizację oddziaływania na wynik pomiaru innych substancji Do pomiaru stęże-nia w spalinach badanego silnika tlenku węgla dwutlenku węgla i węglowodoroacutew

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

13

zastosowano wielogazowy analizator spalin typu Tecnotest 488 plus Pomiar reali-zowany jest przy wykorzystaniu zjawiska pochłaniania promieniowania podczerwo-nego w środowisku gazowym Analizator mierzy stężenie tlenku węgla dwutlenku węgla i węglowodoroacutew w gazach spalinowych na podstawie selektywnej absorpcji promieniowania podczerwonego przez każdy z wyżej wymienionych składnikoacutew Do pomiaru zadymienia spalin wykorzystano dymomierz MK-3 Hartridgersquoa Dymo-mierz ten działa na zasadzie poroacutewnania przezroczystości spalin z przezroczystością czystego powietrza

WYBRANE WYNIKI BADAŃ

Podczas badań eksperymentalnych silnik Fiat 13 Multijet zainstalowany na ha-mowni silnikowej pracował według charakterystyk obciążeniowych dla wybranych prędkości obrotowych wału korbowego silnika wynoszących n = 1200 1750 2400 3800 4000 i 4200 obrmin W trakcie realizacji badań rejestrowano wartości mocy użytecznej silnika Ne momentu obrotowego użytecznego Mo godzinowego zużycia paliwa Gh wartość ciśnienia paliwa w zasobniku paliwa układu zasilania silnika pw godzinowego zużycie powietrza Gpow ciśnienie doładowania pd Dysponując wymie-nionymi zarejestrowanymi wartościami obliczono jednostkowe zużycie paliwa ge dawkę paliwa przypadającą na jeden cykl pracy silnika dawkę powietrza przypada-jącą na pojedynczy cykl pracy silnika Wykorzystując wyżej wskazane analizatory rejestrowano stężenie w spalinach tlenku węgla CO dwutlenku węgla CO2 tlenkoacutew azotu NOx tlenu O2 i stopień zadymienia spalin Wartości wymienionych powyżej wskaźnikoacutew pracy badanego silnika przedstawiono w tabelach od 2 do 7

Tabela 2 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 1200 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 113 086 76106 597 350 28 19444 984 009 49 136 19 0

2 20 265 105 39623 729 382 32 22222 994 006 61 121 38 0

3 30 366 129 35246 896 390 36 25000 1008 004 70 107 59 0

4 40 505 161 31881 1118 394 39 27083 1027 004 81 95 88 3

5 50 619 178 28756 1236 409 40 27778 1049 003 90 79 133 9

6 60 770 215 27922 1493 454 44 30556 1079 002 100 66 234 11

7 70 884 237 26810 1646 492 49 34028 1116 00 105 60 376 9

8 80 998 263 26353 1826 486 53 36806 1162 007 104 55 522 7

9 88 1100 300 27273 2083 571 57 39583 1182 008 107 50 730 5

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

14

Tabela 3 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 1750 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 184 100 54348 476 418 40 19048 1011 020 50 133 40 0

2 21 386 140 36269 667 460 42 20000 1027 027 70 103 29 0

3 30 552 171 30978 814 504 44 20952 1054 017 80 89 28 0

4 41 755 208 27550 990 560 51 24286 1105 008 86 81 38 25

5 49 902 237 26275 1129 621 58 27619 1155 004 89 78 69 50

6 59 1087 268 24655 1276 673 62 29524 1206 003 94 71 98 60

7 70 1289 310 24050 1476 763 68 32381 1276 002 100 63 124 60

8 80 1474 349 23677 1662 821 72 34286 1353 002 102 59 167 55

9 90 1658 386 23281 1838 851 80 38095 1440 0 103 58 216 50

10 99 1824 426 23355 2029 863 89 42381 1536 0 102 59 281 40

11 110 2026 468 23100 2229 891 96 45714 1624 0 103 58 346 40

12 120 2211 508 22976 2419 881 104 49524 1720 0 102 60 427 35

13 131 2415 545 22567 2595 897 119 56667 1855 0 95 70 670 40

14 140 2581 576 22317 2743 889 118 56190 1808 0 97 67 763 35

15 150 2763 604 21860 2876 889 125 59524 1880 0 101 60 805 35

16 160 2949 638 21634 3038 899 129 61429 1923 0 105 55 835 40

17 170 3134 683 21793 3252 903 133 63333 1988 002 108 50 847 40

18 180 3316 727 21924 3462 897 137 65238 2065 002 111 46 875 45

19 190 3500 767 21914 3652 903 142 67619 2109 004 116 394 833 60

20 202 3722 821 22058 3910 901 142 67619 2131 008 122 304 815 90

Tabela 4 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 2400 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 252 148 58730 514 552 69 23958 1132 009 41 148 60 1

2 20 505 187 37030 649 611 69 23958 1150 010 54 131 58 1

3 30 757 229 30251 795 675 69 23958 1172 009 65 112 57 1

4 41 1036 279 26931 969 799 75 26042 1211 007 75 98 65 2

5 50 1263 327 25891 1135 849 80 27778 1261 005 82 88 75 35

6 60 1516 373 24604 1295 909 86 29861 1315 004 81 77 83 65

7 69 1743 421 24154 1462 1007 99 34375 1392 002 94 74 127 7

8 80 2021 478 23652 1660 1039 101 35069 1452 002 99 63 131 8

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

15

9 90 2274 525 23087 1823 1051 110 38194 1527 002 101 61 150 8

10 100 2525 567 22455 1969 1063 117 40625 1614 002 101 61 180 8

11 110 2778 614 22102 2132 1077 129 44792 1699 0 102 61 221 6

12 120 3032 659 21735 2288 1081 139 48264 1784 0 101 62 269 6

13 130 3283 712 21687 2472 1085 146 50694 1851 0 101 61 334 5

14 140 3539 758 21418 2632 1079 157 54514 1912 0 102 62 407 4

15 150 3788 802 21172 2785 1085 168 58333 2037 0 101 62 472 35

16 160 4043 839 20752 2913 1079 186 64583 2099 0 94 71 798 3

17 169 4270 889 20820 3087 1077 189 65625 2143 0 99 65 843 3

18 180 4548 950 20888 3299 1081 192 66667 2174 0 104 58 872 3

19 190 4801 1010 21037 3507 1085 194 67361 2215 002 109 51 881 4

20 200 5053 1070 21176 3715 1085 197 68403 2255 003 114 43 846 8

21 204 5161 1093 21178 3795 1077 198 68750 2255 004 117 396 847 75

Tabela 5 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 3800 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 9 360 317 88056 695 813 216 47368 1617 002 27 168 170 1

2 20 800 372 46500 816 855 218 47807 1628 002 33 159 199 1

3 30 1200 430 35833 943 915 221 48465 1642 0 38 152 228 1

4 40 1600 489 30563 1072 993 225 49342 1645 0 44 145 267 15

5 50 2000 549 27450 1204 1053 219 48026 1611 0 50 134 314 2

6 60 2401 617 25698 1353 1099 222 48684 1623 0 57 125 370 3

7 69 2760 684 24783 1500 1147 221 48465 1622 0 64 115 425 4

8 80 3201 768 23993 1684 1221 237 51974 1751 0 66 113 487 4

9 90 3600 847 23528 1857 1275 248 54386 1889 0 68 109 574 3

10 100 4002 930 23238 2039 1351 262 57456 1989 0 71 104 667 3

11 111 4441 1010 22743 2215 1439 273 59868 2057 0 76 97 765 2

12 120 4801 1090 22704 2390 1441 273 59868 2059 0 82 89 787 25

13 130 5201 1155 22207 2533 1495 278 60965 2085 0 88 80 862 2

14 141 5641 1272 22549 2789 1494 282 61842 2114 0 95 70 889 3

15 151 6041 1379 22827 3024 1509 283 62061 2136 002 102 60 905 5

16 160 6401 1483 23168 3252 1507 286 62719 2150 004 110 50 899 10

cd tabeli 4

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

16

Tabela 6 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 4000 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 455 365 80220 760 839 237 49375 1708 0 24 168 246 1

2 20 828 411 49638 856 877 243 50625 1735 0 27 163 252 1

3 30 1325 475 35849 990 937 248 51667 1772 0 30 157 360 1

4 40 1656 534 32246 1113 987 255 53125 1807 0 34 151 412 15

5 50 2073 570 27496 1188 1033 229 47708 1601 0 41 138 493 3

6 60 2526 644 25495 1342 1093 235 48958 1628 0 44 130 567 4

7 70 2899 708 24422 1475 1141 235 48958 1629 0 50 124 629 4

8 80 3311 789 23830 1644 1221 246 51250 1706 0 53 115 719 4

9 90 3769 873 23163 1819 1293 264 55000 1862 0 54 113 844 3

10 100 4179 952 22781 1983 1375 276 57500 1973 0 57 109 979 2

11 110 4552 1021 22430 2127 1487 285 59375 2031 0 62 103 1087 3

12 120 5013 1113 22202 2319 1513 286 59583 2046 0 67 94 1150 3

13 130 5457 1178 21587 2454 1593 290 60417 2083 0 71 86 1178 4

14 140 5840 1312 22466 2733 1587 293 61042 2104 0 77 73 1224 45

15 150 6256 1420 22698 2958 1593 294 61250 2127 002 81 65 1238 7

16 158 6504 1489 22894 3102 1583 296 61667 2124 003 86 56 1235 11

Tabela 7 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 4200 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 442 344 77828 683 821 205 40675 1429 004 31 162 178 0

2 20 884 400 45249 794 861 215 42659 1497 003 37 155 208 0

3 30 1326 483 36425 958 921 225 44643 1562 002 42 147 254 2

4 39 1724 574 33295 1139 983 240 47619 1679 0 46 139 285 2

5 50 2211 654 29579 1298 1059 258 51190 1793 0 51 132 328 25

6 60 2652 716 26998 1421 1093 239 47421 1624 0 60 119 376 4

7 70 3095 809 26139 1605 1161 240 47619 1641 0 68 108 437 5

8 80 3536 900 25452 1786 1227 247 49008 1693 0 74 99 489 6

9 90 3979 984 24730 1952 1305 265 52579 1850 0 76 97 565 5

10 100 4423 1078 24373 2139 1381 276 54762 1968 0 78 93 683 5

11 110 4865 1159 23823 2300 1501 289 57341 2028 0 85 84 822 4

12 120 5307 1243 23422 2466 1591 294 58333 2069 002 92 71 937 5

13 131 5794 1408 24301 2794 1569 297 58929 2086 004 101 60 945 8

14 138 6104 1527 25016 3030 1561 298 59127 2102 006 107 51 923 14

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

17

Na rysunkach od 1 do 3 przestawiono sporządzone na podstawie wynikoacutew badań eksperymentalnych charakterystyki obciążeniowe badanego silnika Fiat 13 Multijet dla prędkości obrotowych n = 1200 1750 2400 3800 4000 i 4200 obrmin Na cha-rakterystykach tych w funkcji zmiany obciążenia silnika wyrażonego użytecznym momentem obrotowym Mo pokazano przebiegi zmian godzinowego zużycia paliwa Gh jednostkowego zużycia paliwa ge i godzinowego zużycia powietrza Gpow

Rys 1 Charakterystyka obciążeniowa silnika Fiat 13 Multijet sporządzona dla prędkości

obrotowej n = 1200 i 1750 obrmin przy zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Rys 2 Charakterystyka obciążeniowa silnika Fiat 13 Multijet sporządzona dla prędkości

obrotowej n = 2400 i 3800 obrmin przy zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

18

Rys 3 Charakterystyka obciążeniowa silnika Fiat 13 Multijet sporządzona dla prędkości

obrotowej n = 4000 i 4200 obrmin przy zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

PODSUMOWANIE

Silnik Fiat 13 Multijet będący obiektem badań jest jednym z najnowocześniej-szych silnikoacutew o zapłonie samoczynny ktoacutery stanowi modernizację silnika o mocy 51 kW i momencie obrotowym 180 Nm Zwiększenie mocy do 66 kW i momentu obrotowego do 200 Nm osiągnięto drogą doskonalenia systemu spalania zwięk-szenia ciśnienia wtrysku paliwa do 160 MPa oraz przez zastosowanie turbosprężarki o zmiennej geometrii łopatek kierownicy Ponadto w wersji wyposażonej w filtr czą-stek stałych zwiększono ilość etapoacutew wtryskoacutew przypadających na cykl pracy silnika z trzech do maksymalnie pięciu co związane jest z regeneracją filtra cząstek stałych

Otrzymane wyniki badań hamownianych silnika 13 Multijet potwierdzają wy-sokie osiągi badanego silnika przy niewielkiej emisji szkodliwych składnikoacutew spa-lin Silnik charakteryzuje się dobrą elastycznością dzięki wysokiemu momentowi obrotowemu ktoacuterego wartość większą od Mo = 200 Nm uzyskano przy pracy silni-ka według charakterystyk obciążeniowych przy prędkościach obrotowych n = 1750 obrmin i n = 2400 obrmin Minimalne jednostkowe zużycie paliwa ge = 20752 gkWmiddoth silnik uzyskał przy prędkości obrotowej n = 2400 obrmin Uzyskana wartość momentu obrotowego w tych warunkach pracy silnika to M o = 160 Nm Największe znaczenie ze względu na ochronę naturalnego środowiska człowieka w przypad-ku silnikoacutew o zapłonie samoczynnym ma emisja tlenkoacutew azotu i cząstek stałych Dla przeprowadzonego zakresu badań największe wartości stężenia tlenkoacutew azotu uzyskano przy pracy silnika według charakterystyki obciążeniowej przy prędkości obrotowej n = 4000 obrmin Ponadto z wynikoacutew pomiaroacutew widać że silnik cha-rakteryzuje się minimalną emisją tlenku węgla Wynika to z tego że silnik pracuje ze znacznym nadmiarem powietrza podczas procesu spalania a paliwo wtryskiwane

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

19

jest pod wysokim ciśnieniem do komory spalania umieszczonej w denku tłoka i łatwo ulega wymieszaniu z powietrzem Zastosowanie bezpośredniego wtrysku pa-liwa wysokociśnieniowego układu zasilania Common Rail turbosprężarki z stero-wanym wydatkiem układu recyrkulacji z chłodzeniem recyrkulowanych spalin ka-talizatora z sondą lambda w układzie wydechowym oraz zaawansowanego systemu sterowania wymienionymi układami i podzespołami pozwoliło na spełnienie przez niego wysokich wymagań dotyczących wskaźnikoacutew ekonomiczno-energetycznych i ekologicznych

LITERATURA

1 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P Examination of fast-changing quantities in engine with common rail injection system Journal of KONES Powertrain and transport vol 17 no3 Warsaw 2010

2 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P External speed characteristics in engine with multi-stage fuel injection Journal of KONES Powertrain and transport vol 17 no1 Warsaw 2010

3 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P Ocena parametroacutew pracy wieloetapowo zasilanego silnika 13 Multijet Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdoacutew 1(82)2011

4 Basshuysen R Ottomotor mit Direkteinspritzung Friedr Vieweg amp Sohn Verlag - GWV Fachverlage GmbH Wiesbaden 2007

5 Brzeżański M Śliwiński K Downsizing ndash nowy kierunek rozwoju silnikoacutew samocho-dowych Silniki Spalinowe nr 22004 (119)

6 Golloch R Downsizing bei Verbrennungsmotoren Springer Verlag 20057 Golloch R Merker G P Downsizing bei Verbrennungsmotoren ndash Grundlagen Stand

der Technik und zukuumlnftige Konzepte In MTZ 66 (2005) nr 28 Imarisio R Giardina-Papa P Siracusa M The new 13 L 90 PS diesel engine Silniki

Spalinowe nr 32005 (122)9 Merkisz J Rozwoacutej silnikoacutew spalinowych w aspekcie ich ekologii Zeszyty Naukowe

Instytutu Pojazdoacutew 2(78)201010 Pietras D Świątek P Doboacuter kalibracji sterowania silnika 13 Multijet w aspekcie jego

osiągoacutew i składu spalin Silniki Spalinowe nr 22008 (133)11 Rokosch U Układy oczyszczania spalin i pokładowe systemy diagnostyczne samocho-

doacutew OBD Wydawnictwo Komunikacji i Łączności Warszawa 2007

LOAD CHARACTERISTICS OF TURBOCHARGED 13 MULTIJET ENGINE

Abstract

The paper presents the results of test bench investigations into compression ignition 13 Multijet engine with multistage fuel injection which is manufactured in Poland by Fiat-GM Powertrain Polska Company The tests were conducted at the stand constructed at the Heat Engines Labora-tory of the Kielce University of Technology The scope of investigations included determining

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

20

economic and energetic parameters of the engine work and also environmental parameters such as the concentration of nitrogen oxides NOx carbon monoxide CO and carbon dioxide CO2 in exhaust gases and exhaust gas smokiness During the tests the engine operated under load condi-tions at the crankshaft rotational speed n = 1200 1750 2400 3800 4000 and 4200 rpm Such values of speed were selected because of the multi-stage fuel injection and the enginersquos being able to reach the maximum torque Mo = 200 Nm at the crankshaft rotational speed n = 1750 rpm and the maximum power output Ne = 66 kW delivered at n = 4000 rpm

Key words piston internal combustion engine engine characteristics engine work parameters test bench investigations

Page 4: Andrzej Ambrozik , Tomasz Ambrozik , Dariusz Kurczyński Piotr …yadda.icm.edu.pl/yadda/element/bwmeta1.element.baztech... · 2013. 7. 3. · POSTĘPY N AUKI I TECHNIKI NR 1, 2012

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

10

on na obniżeniu prędkości obrotowej silnika przez modyfikację całkowitego prze-łożenia skrzyni biegoacutew Poprzez odpowiedni doboacuter przełożenia przekładni głoacutewnej układu napędowego można osiągnąć podobną poprawę zużycia paliwa do takiego jak w przypadku obniżenia objętości skokowej silnika Koncepcje downsizingu i downspeedingu zazwyczaj stosowane są roacutewnocześnie

OBIEKT BADAŃ

Obiektem badań był silnik Fiat 13 Multijet produkowany przez firmę FIAT--GM POWERTRAIN Polska w Bielsku Białej spełniający normę emisji spalin Euro IV Silnik ten rozwija maksymalną moc 66 kW przy prędkości obrotowej 4000 obrmin i maksymalny moment obrotowy 200 Nm przy prędkości obrotowej 1750 obrmin Silnik ten prezentuje tendencję rozwoju samochodowych silnikoacutew spalino-wych określaną w literaturze jako bdquodownsizingrdquo Kadłub silnika jest odlany z żeli-wa posiada płytę nośną wykonaną z stopu aluminium i wtopione panewki łożysk głoacutewnych wykonane z żeliwa Rozwiązanie takie przy ograniczonych wymiarach pozwala uzyskać wymaganą sztywność korzystną cha rakterystykę hałaśliwości drgań i wytrzymałości przy jedno czesnym zachowaniu prostoty procesu produkcyj-nego [8] W układzie rozrządu zastosowano dwa wałki rozrządu z ktoacuterych jeden napędzany jest od wału korbowego jednorzędowym łańcuchem natomiast drugi na-pędzany jest od pierwszego wałka przekładnią z paskiem zębatym umieszczoną na drugim końcu wałkoacutew Silnik wyposażono w cztery zawory na cylinder dwa zawory dolotowe i dwa wylotowe odchylone od pionu o 3deg co pozwoliło na umieszczenie między nimi wtryskiwacza Zawory napędzane są dwoma wałkami rozrządu usytu-owanymi w głowicy Jeden wałek napędza bezpośrednio pompę wysokociśnieniową układu zasilania a drugi pompę podciśnieniową Zastosowanie czterech zaworoacutew na cylinder podyktowane zostało zapewnieniem poprawnego przebiegu procesu spalania oraz zwiększeniem wspoacutełczyn nika napełniania cylindra przy dużej pręd-kości obrotowej silnika tak by utrzymać wysoki poziom mocy silnika do prędko-ści obrotowej 5000 obrmin Silnik wyposażono w układ zasilania typu Common Rail Elementy tego układu pochodzą z firmy Bosch natomiast system sterowania jest firmy Magneti Marelli Wtryskiwacze elektromagnetyczne firmy Bosch pracują przy ciśnieniu 160 MPa Umożliwiają one podział dawki paliwa przypadającej na jeden cykl w zależności od warunkoacutew pracy silnika maksymalnie na trzy części W celu spełnienia normy emisji spalin Euro 4 dla silnika pracującego przy du-żych obciążeniach zastosowano nową funkcję kontroli wspoacutełczynni ka nadmiaru powietrza ktoacuterego wartość wyznacza się w oparciu o wskazania czujnika stęże-nia tlenu W układzie wydechowym badanego silnika zastosowano zintegrowany z kolektorem wydechowym katalizator utleniający W celu poprawy osiągoacutew w układzie dolotowym powietrza umieszczono małą turbosprężarkę o zmiennej geo-

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

11

metrii łopatek kierownicy oraz chłodnicę powietrza doprowadzanego do cylindroacutew W celu ograniczenia emisji tlenkoacutew azotu silnik wyposażono w system recyrkula-cji spalin z ich chłodzeniem Elektroniczny system sterujący pracą silnika 13 Multijet realizuje sterowanie wartością dawki paliwa i jej podziałem kątem wyprzedzenia wtrysku paliwa ciśnieniem paliwa w szynie paliwowej ilością recyrkulowanych spalin prędkością obrotową silnika przy jego pracy na biegu jałowym maksymalną prędkością obrotową wału korbowego silnika oraz pracą świec żarowych [10] W elektronicznym sterowniku ECU silnika 13 Multijet za-stosowano specjalne funkcje sterowania zwiększające dokładność dawkowania pali-wa z uwzględnieniem zużycia wtryskiwacza co pozwala na zmniejszenie nieroacutewno-mierności dawkowania paliwa pomiędzy wtryskiwaczami [8] W ECU zastosowano specjalny algorytm umożliwiający zwiększenie roacutewnomierności dawki pilotującej Sonda lambda umieszczona za turbosprężarką w układzie wydechowym pozwala na wyznaczanie rzeczywistego stosunku paliwa do powietrza W tabeli 1 przedstawio-no podstawowe dane techniczne badanego silnika

Tabela 1 Podstawowe dane techniczne silnika Fiat 13 Multijet

Parametr Jednostka Wartość

Układcylindroacutew - rzędowy

Liczbacylindroacutewc - 4

Rodzajwtrysku - bezpośredni wieloetapowy

Kolejnośćpracycylindroacutew - 1ndash3ndash4-2

Stopieńsprężaniae - 176

ŚrednicacylindraD mm 696

SkoktłokaS mm 82

PojemnośćskokowasilnikaVss cm3 1251

MocmaksymalnasilnikaNe kW 66

PrędkośćobrotowasilnikadlajegomocymaksymalnejnN obrmin 4000

MaksymalnymomentobrotowysilnikaMe Nm 200PrędkośćobrotowasilnikadlajegomaksymalnegomomentuobrotowegonM

obrmin 1750

Prędkośćobrotowabiegujałowegonbj obrmin 850plusmn20

STANOWISKO BADAWCZE

Badania eksperymentalne przeprowadzono na stanowisku hamownianym zbu-dowanym w Laboratorium Silnikoacutew Cieplnych Politechniki Świętokrzyskiej Stano-wisko to składa się z następujących węzłoacutew konstrukcyjnych [1 2 3]

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

12

bull silnika o zapłonie samoczynnym Fiat 13 Multijet bull hamulca elektrowirowego typu EMX ndash 10010 000 firmy Elektromex Centrum bull szafy sterującej pracą silnika i hamulca z układem sterowania firmy Automex bull systemu pomiarowego ciśnienia czynnika roboczego w cylindrze za pomocą

czujnika GH13G12 firmy AVL bull dawkomierza paliwa typu 730 Dynamic Fuel Consumption firmy AVL bull termicznego masowego przepływomierza powietrza SENSYFOLW iG firmy

ABB bull komputera PC umożliwiającego sterowanie pracą stanowiska hamownianego za

pomocą oprogramowania PARM wersja 17 firmy Automex oraz diagnostykę sil-nika przy wykorzystaniu modułu KTS 540 i oprogramowania firmy Bosch

Szafa sterownicza stanowiska składa się z panelu mocy hamulca AMX 202 modułu AMX 211 sterującego zespołem silnik-hamulec modułu pomiarowego AMX212 PMO umożliwiającego pomiar najważniejszych zmiennych opisujących stan silnika (prędkość obrotową wału i moment na wale łączącym silnik z hamulcem) oraz panel pomiaru temperatur i ciśnień Ponadto w szafie sterowniczej umieszczo-ny jest panel do sterowania dawkomierzem paliwa 730 Dynamic Fuel Consumption AVL oraz panel z regulatorami temperatury LUMEL RE43 Stanowisko wyposażo-ne jest w przepływomierz powietrza SENSYFOLW iG firmy ABB zapewniający pomiar wydatku przepływu powietrza z dokładnością 01 Ponadto stanowisko wyposażone jest w trzy wymienniki ciepła chłodzone wodą w obiegu zamkniętym ktoacutere umożliwiają chłodzenie powietrza doładowującego czynnika chłodzące-go oraz paliwa Każdy z wymiennikoacutew ciepła na wlocie wody wyposażony jest w elektrozawoacuter sterowany z szafy sterowniczej za pomocą regulatoroacutew temperatury LUMEL RE43 Umożliwia to utrzymanie stałej zadanej przez użytkownika tempe-ratury powietrza na wlocie do silnika płynu w układzie chłodzenia oraz temperatury paliwa Stanowisko wyposażone jest także w układ do pomiaru temperatur skła-dający się z czujnikoacutew termoelektrycznych i rezystancyjnych firmy Czah-Pomiar oraz przetwornikoacutew temperatury AR592 firmy Apar Układ ten umożliwia pomiary temperatury przed i za wymiennikiem ciepła chłodzącym powietrze doładowujące oraz przed i za wymiennikiem chłodzącym ciecz w układzie chłodzenia paliwa na wyjściu z listwy zasilającej spalin przed sprężarką i za katalizatorem oraz oleju w misce olejowej i głowicy silnika Ponadto stanowisko wyposażone jest w sześć przetwornikoacutew ciśnienia S-10 firmy WIKA ktoacutere umożliwiają pomiary cienienia powietrza doładowania cieczy w układzie chłodzenia spalin przed sprężarką i za katalizatorem oraz oleju w głowicy silnika i ciśnienia w skrzyni korbowej

Do pomiaru stężenia w spalinach tlenkoacutew azotu NOx i tlenu O2 zastosowano analizator EXSA-240-CL firmy Horiba Wykorzystana w tym analizatorze metoda detekcji chemiluminescencji zapewnia bardzo wysoką czułość oraz pozwala na mi-nimalizację oddziaływania na wynik pomiaru innych substancji Do pomiaru stęże-nia w spalinach badanego silnika tlenku węgla dwutlenku węgla i węglowodoroacutew

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

13

zastosowano wielogazowy analizator spalin typu Tecnotest 488 plus Pomiar reali-zowany jest przy wykorzystaniu zjawiska pochłaniania promieniowania podczerwo-nego w środowisku gazowym Analizator mierzy stężenie tlenku węgla dwutlenku węgla i węglowodoroacutew w gazach spalinowych na podstawie selektywnej absorpcji promieniowania podczerwonego przez każdy z wyżej wymienionych składnikoacutew Do pomiaru zadymienia spalin wykorzystano dymomierz MK-3 Hartridgersquoa Dymo-mierz ten działa na zasadzie poroacutewnania przezroczystości spalin z przezroczystością czystego powietrza

WYBRANE WYNIKI BADAŃ

Podczas badań eksperymentalnych silnik Fiat 13 Multijet zainstalowany na ha-mowni silnikowej pracował według charakterystyk obciążeniowych dla wybranych prędkości obrotowych wału korbowego silnika wynoszących n = 1200 1750 2400 3800 4000 i 4200 obrmin W trakcie realizacji badań rejestrowano wartości mocy użytecznej silnika Ne momentu obrotowego użytecznego Mo godzinowego zużycia paliwa Gh wartość ciśnienia paliwa w zasobniku paliwa układu zasilania silnika pw godzinowego zużycie powietrza Gpow ciśnienie doładowania pd Dysponując wymie-nionymi zarejestrowanymi wartościami obliczono jednostkowe zużycie paliwa ge dawkę paliwa przypadającą na jeden cykl pracy silnika dawkę powietrza przypada-jącą na pojedynczy cykl pracy silnika Wykorzystując wyżej wskazane analizatory rejestrowano stężenie w spalinach tlenku węgla CO dwutlenku węgla CO2 tlenkoacutew azotu NOx tlenu O2 i stopień zadymienia spalin Wartości wymienionych powyżej wskaźnikoacutew pracy badanego silnika przedstawiono w tabelach od 2 do 7

Tabela 2 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 1200 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 113 086 76106 597 350 28 19444 984 009 49 136 19 0

2 20 265 105 39623 729 382 32 22222 994 006 61 121 38 0

3 30 366 129 35246 896 390 36 25000 1008 004 70 107 59 0

4 40 505 161 31881 1118 394 39 27083 1027 004 81 95 88 3

5 50 619 178 28756 1236 409 40 27778 1049 003 90 79 133 9

6 60 770 215 27922 1493 454 44 30556 1079 002 100 66 234 11

7 70 884 237 26810 1646 492 49 34028 1116 00 105 60 376 9

8 80 998 263 26353 1826 486 53 36806 1162 007 104 55 522 7

9 88 1100 300 27273 2083 571 57 39583 1182 008 107 50 730 5

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

14

Tabela 3 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 1750 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 184 100 54348 476 418 40 19048 1011 020 50 133 40 0

2 21 386 140 36269 667 460 42 20000 1027 027 70 103 29 0

3 30 552 171 30978 814 504 44 20952 1054 017 80 89 28 0

4 41 755 208 27550 990 560 51 24286 1105 008 86 81 38 25

5 49 902 237 26275 1129 621 58 27619 1155 004 89 78 69 50

6 59 1087 268 24655 1276 673 62 29524 1206 003 94 71 98 60

7 70 1289 310 24050 1476 763 68 32381 1276 002 100 63 124 60

8 80 1474 349 23677 1662 821 72 34286 1353 002 102 59 167 55

9 90 1658 386 23281 1838 851 80 38095 1440 0 103 58 216 50

10 99 1824 426 23355 2029 863 89 42381 1536 0 102 59 281 40

11 110 2026 468 23100 2229 891 96 45714 1624 0 103 58 346 40

12 120 2211 508 22976 2419 881 104 49524 1720 0 102 60 427 35

13 131 2415 545 22567 2595 897 119 56667 1855 0 95 70 670 40

14 140 2581 576 22317 2743 889 118 56190 1808 0 97 67 763 35

15 150 2763 604 21860 2876 889 125 59524 1880 0 101 60 805 35

16 160 2949 638 21634 3038 899 129 61429 1923 0 105 55 835 40

17 170 3134 683 21793 3252 903 133 63333 1988 002 108 50 847 40

18 180 3316 727 21924 3462 897 137 65238 2065 002 111 46 875 45

19 190 3500 767 21914 3652 903 142 67619 2109 004 116 394 833 60

20 202 3722 821 22058 3910 901 142 67619 2131 008 122 304 815 90

Tabela 4 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 2400 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 252 148 58730 514 552 69 23958 1132 009 41 148 60 1

2 20 505 187 37030 649 611 69 23958 1150 010 54 131 58 1

3 30 757 229 30251 795 675 69 23958 1172 009 65 112 57 1

4 41 1036 279 26931 969 799 75 26042 1211 007 75 98 65 2

5 50 1263 327 25891 1135 849 80 27778 1261 005 82 88 75 35

6 60 1516 373 24604 1295 909 86 29861 1315 004 81 77 83 65

7 69 1743 421 24154 1462 1007 99 34375 1392 002 94 74 127 7

8 80 2021 478 23652 1660 1039 101 35069 1452 002 99 63 131 8

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

15

9 90 2274 525 23087 1823 1051 110 38194 1527 002 101 61 150 8

10 100 2525 567 22455 1969 1063 117 40625 1614 002 101 61 180 8

11 110 2778 614 22102 2132 1077 129 44792 1699 0 102 61 221 6

12 120 3032 659 21735 2288 1081 139 48264 1784 0 101 62 269 6

13 130 3283 712 21687 2472 1085 146 50694 1851 0 101 61 334 5

14 140 3539 758 21418 2632 1079 157 54514 1912 0 102 62 407 4

15 150 3788 802 21172 2785 1085 168 58333 2037 0 101 62 472 35

16 160 4043 839 20752 2913 1079 186 64583 2099 0 94 71 798 3

17 169 4270 889 20820 3087 1077 189 65625 2143 0 99 65 843 3

18 180 4548 950 20888 3299 1081 192 66667 2174 0 104 58 872 3

19 190 4801 1010 21037 3507 1085 194 67361 2215 002 109 51 881 4

20 200 5053 1070 21176 3715 1085 197 68403 2255 003 114 43 846 8

21 204 5161 1093 21178 3795 1077 198 68750 2255 004 117 396 847 75

Tabela 5 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 3800 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 9 360 317 88056 695 813 216 47368 1617 002 27 168 170 1

2 20 800 372 46500 816 855 218 47807 1628 002 33 159 199 1

3 30 1200 430 35833 943 915 221 48465 1642 0 38 152 228 1

4 40 1600 489 30563 1072 993 225 49342 1645 0 44 145 267 15

5 50 2000 549 27450 1204 1053 219 48026 1611 0 50 134 314 2

6 60 2401 617 25698 1353 1099 222 48684 1623 0 57 125 370 3

7 69 2760 684 24783 1500 1147 221 48465 1622 0 64 115 425 4

8 80 3201 768 23993 1684 1221 237 51974 1751 0 66 113 487 4

9 90 3600 847 23528 1857 1275 248 54386 1889 0 68 109 574 3

10 100 4002 930 23238 2039 1351 262 57456 1989 0 71 104 667 3

11 111 4441 1010 22743 2215 1439 273 59868 2057 0 76 97 765 2

12 120 4801 1090 22704 2390 1441 273 59868 2059 0 82 89 787 25

13 130 5201 1155 22207 2533 1495 278 60965 2085 0 88 80 862 2

14 141 5641 1272 22549 2789 1494 282 61842 2114 0 95 70 889 3

15 151 6041 1379 22827 3024 1509 283 62061 2136 002 102 60 905 5

16 160 6401 1483 23168 3252 1507 286 62719 2150 004 110 50 899 10

cd tabeli 4

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

16

Tabela 6 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 4000 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 455 365 80220 760 839 237 49375 1708 0 24 168 246 1

2 20 828 411 49638 856 877 243 50625 1735 0 27 163 252 1

3 30 1325 475 35849 990 937 248 51667 1772 0 30 157 360 1

4 40 1656 534 32246 1113 987 255 53125 1807 0 34 151 412 15

5 50 2073 570 27496 1188 1033 229 47708 1601 0 41 138 493 3

6 60 2526 644 25495 1342 1093 235 48958 1628 0 44 130 567 4

7 70 2899 708 24422 1475 1141 235 48958 1629 0 50 124 629 4

8 80 3311 789 23830 1644 1221 246 51250 1706 0 53 115 719 4

9 90 3769 873 23163 1819 1293 264 55000 1862 0 54 113 844 3

10 100 4179 952 22781 1983 1375 276 57500 1973 0 57 109 979 2

11 110 4552 1021 22430 2127 1487 285 59375 2031 0 62 103 1087 3

12 120 5013 1113 22202 2319 1513 286 59583 2046 0 67 94 1150 3

13 130 5457 1178 21587 2454 1593 290 60417 2083 0 71 86 1178 4

14 140 5840 1312 22466 2733 1587 293 61042 2104 0 77 73 1224 45

15 150 6256 1420 22698 2958 1593 294 61250 2127 002 81 65 1238 7

16 158 6504 1489 22894 3102 1583 296 61667 2124 003 86 56 1235 11

Tabela 7 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 4200 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 442 344 77828 683 821 205 40675 1429 004 31 162 178 0

2 20 884 400 45249 794 861 215 42659 1497 003 37 155 208 0

3 30 1326 483 36425 958 921 225 44643 1562 002 42 147 254 2

4 39 1724 574 33295 1139 983 240 47619 1679 0 46 139 285 2

5 50 2211 654 29579 1298 1059 258 51190 1793 0 51 132 328 25

6 60 2652 716 26998 1421 1093 239 47421 1624 0 60 119 376 4

7 70 3095 809 26139 1605 1161 240 47619 1641 0 68 108 437 5

8 80 3536 900 25452 1786 1227 247 49008 1693 0 74 99 489 6

9 90 3979 984 24730 1952 1305 265 52579 1850 0 76 97 565 5

10 100 4423 1078 24373 2139 1381 276 54762 1968 0 78 93 683 5

11 110 4865 1159 23823 2300 1501 289 57341 2028 0 85 84 822 4

12 120 5307 1243 23422 2466 1591 294 58333 2069 002 92 71 937 5

13 131 5794 1408 24301 2794 1569 297 58929 2086 004 101 60 945 8

14 138 6104 1527 25016 3030 1561 298 59127 2102 006 107 51 923 14

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

17

Na rysunkach od 1 do 3 przestawiono sporządzone na podstawie wynikoacutew badań eksperymentalnych charakterystyki obciążeniowe badanego silnika Fiat 13 Multijet dla prędkości obrotowych n = 1200 1750 2400 3800 4000 i 4200 obrmin Na cha-rakterystykach tych w funkcji zmiany obciążenia silnika wyrażonego użytecznym momentem obrotowym Mo pokazano przebiegi zmian godzinowego zużycia paliwa Gh jednostkowego zużycia paliwa ge i godzinowego zużycia powietrza Gpow

Rys 1 Charakterystyka obciążeniowa silnika Fiat 13 Multijet sporządzona dla prędkości

obrotowej n = 1200 i 1750 obrmin przy zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Rys 2 Charakterystyka obciążeniowa silnika Fiat 13 Multijet sporządzona dla prędkości

obrotowej n = 2400 i 3800 obrmin przy zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

18

Rys 3 Charakterystyka obciążeniowa silnika Fiat 13 Multijet sporządzona dla prędkości

obrotowej n = 4000 i 4200 obrmin przy zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

PODSUMOWANIE

Silnik Fiat 13 Multijet będący obiektem badań jest jednym z najnowocześniej-szych silnikoacutew o zapłonie samoczynny ktoacutery stanowi modernizację silnika o mocy 51 kW i momencie obrotowym 180 Nm Zwiększenie mocy do 66 kW i momentu obrotowego do 200 Nm osiągnięto drogą doskonalenia systemu spalania zwięk-szenia ciśnienia wtrysku paliwa do 160 MPa oraz przez zastosowanie turbosprężarki o zmiennej geometrii łopatek kierownicy Ponadto w wersji wyposażonej w filtr czą-stek stałych zwiększono ilość etapoacutew wtryskoacutew przypadających na cykl pracy silnika z trzech do maksymalnie pięciu co związane jest z regeneracją filtra cząstek stałych

Otrzymane wyniki badań hamownianych silnika 13 Multijet potwierdzają wy-sokie osiągi badanego silnika przy niewielkiej emisji szkodliwych składnikoacutew spa-lin Silnik charakteryzuje się dobrą elastycznością dzięki wysokiemu momentowi obrotowemu ktoacuterego wartość większą od Mo = 200 Nm uzyskano przy pracy silni-ka według charakterystyk obciążeniowych przy prędkościach obrotowych n = 1750 obrmin i n = 2400 obrmin Minimalne jednostkowe zużycie paliwa ge = 20752 gkWmiddoth silnik uzyskał przy prędkości obrotowej n = 2400 obrmin Uzyskana wartość momentu obrotowego w tych warunkach pracy silnika to M o = 160 Nm Największe znaczenie ze względu na ochronę naturalnego środowiska człowieka w przypad-ku silnikoacutew o zapłonie samoczynnym ma emisja tlenkoacutew azotu i cząstek stałych Dla przeprowadzonego zakresu badań największe wartości stężenia tlenkoacutew azotu uzyskano przy pracy silnika według charakterystyki obciążeniowej przy prędkości obrotowej n = 4000 obrmin Ponadto z wynikoacutew pomiaroacutew widać że silnik cha-rakteryzuje się minimalną emisją tlenku węgla Wynika to z tego że silnik pracuje ze znacznym nadmiarem powietrza podczas procesu spalania a paliwo wtryskiwane

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

19

jest pod wysokim ciśnieniem do komory spalania umieszczonej w denku tłoka i łatwo ulega wymieszaniu z powietrzem Zastosowanie bezpośredniego wtrysku pa-liwa wysokociśnieniowego układu zasilania Common Rail turbosprężarki z stero-wanym wydatkiem układu recyrkulacji z chłodzeniem recyrkulowanych spalin ka-talizatora z sondą lambda w układzie wydechowym oraz zaawansowanego systemu sterowania wymienionymi układami i podzespołami pozwoliło na spełnienie przez niego wysokich wymagań dotyczących wskaźnikoacutew ekonomiczno-energetycznych i ekologicznych

LITERATURA

1 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P Examination of fast-changing quantities in engine with common rail injection system Journal of KONES Powertrain and transport vol 17 no3 Warsaw 2010

2 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P External speed characteristics in engine with multi-stage fuel injection Journal of KONES Powertrain and transport vol 17 no1 Warsaw 2010

3 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P Ocena parametroacutew pracy wieloetapowo zasilanego silnika 13 Multijet Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdoacutew 1(82)2011

4 Basshuysen R Ottomotor mit Direkteinspritzung Friedr Vieweg amp Sohn Verlag - GWV Fachverlage GmbH Wiesbaden 2007

5 Brzeżański M Śliwiński K Downsizing ndash nowy kierunek rozwoju silnikoacutew samocho-dowych Silniki Spalinowe nr 22004 (119)

6 Golloch R Downsizing bei Verbrennungsmotoren Springer Verlag 20057 Golloch R Merker G P Downsizing bei Verbrennungsmotoren ndash Grundlagen Stand

der Technik und zukuumlnftige Konzepte In MTZ 66 (2005) nr 28 Imarisio R Giardina-Papa P Siracusa M The new 13 L 90 PS diesel engine Silniki

Spalinowe nr 32005 (122)9 Merkisz J Rozwoacutej silnikoacutew spalinowych w aspekcie ich ekologii Zeszyty Naukowe

Instytutu Pojazdoacutew 2(78)201010 Pietras D Świątek P Doboacuter kalibracji sterowania silnika 13 Multijet w aspekcie jego

osiągoacutew i składu spalin Silniki Spalinowe nr 22008 (133)11 Rokosch U Układy oczyszczania spalin i pokładowe systemy diagnostyczne samocho-

doacutew OBD Wydawnictwo Komunikacji i Łączności Warszawa 2007

LOAD CHARACTERISTICS OF TURBOCHARGED 13 MULTIJET ENGINE

Abstract

The paper presents the results of test bench investigations into compression ignition 13 Multijet engine with multistage fuel injection which is manufactured in Poland by Fiat-GM Powertrain Polska Company The tests were conducted at the stand constructed at the Heat Engines Labora-tory of the Kielce University of Technology The scope of investigations included determining

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

20

economic and energetic parameters of the engine work and also environmental parameters such as the concentration of nitrogen oxides NOx carbon monoxide CO and carbon dioxide CO2 in exhaust gases and exhaust gas smokiness During the tests the engine operated under load condi-tions at the crankshaft rotational speed n = 1200 1750 2400 3800 4000 and 4200 rpm Such values of speed were selected because of the multi-stage fuel injection and the enginersquos being able to reach the maximum torque Mo = 200 Nm at the crankshaft rotational speed n = 1750 rpm and the maximum power output Ne = 66 kW delivered at n = 4000 rpm

Key words piston internal combustion engine engine characteristics engine work parameters test bench investigations

Page 5: Andrzej Ambrozik , Tomasz Ambrozik , Dariusz Kurczyński Piotr …yadda.icm.edu.pl/yadda/element/bwmeta1.element.baztech... · 2013. 7. 3. · POSTĘPY N AUKI I TECHNIKI NR 1, 2012

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

11

metrii łopatek kierownicy oraz chłodnicę powietrza doprowadzanego do cylindroacutew W celu ograniczenia emisji tlenkoacutew azotu silnik wyposażono w system recyrkula-cji spalin z ich chłodzeniem Elektroniczny system sterujący pracą silnika 13 Multijet realizuje sterowanie wartością dawki paliwa i jej podziałem kątem wyprzedzenia wtrysku paliwa ciśnieniem paliwa w szynie paliwowej ilością recyrkulowanych spalin prędkością obrotową silnika przy jego pracy na biegu jałowym maksymalną prędkością obrotową wału korbowego silnika oraz pracą świec żarowych [10] W elektronicznym sterowniku ECU silnika 13 Multijet za-stosowano specjalne funkcje sterowania zwiększające dokładność dawkowania pali-wa z uwzględnieniem zużycia wtryskiwacza co pozwala na zmniejszenie nieroacutewno-mierności dawkowania paliwa pomiędzy wtryskiwaczami [8] W ECU zastosowano specjalny algorytm umożliwiający zwiększenie roacutewnomierności dawki pilotującej Sonda lambda umieszczona za turbosprężarką w układzie wydechowym pozwala na wyznaczanie rzeczywistego stosunku paliwa do powietrza W tabeli 1 przedstawio-no podstawowe dane techniczne badanego silnika

Tabela 1 Podstawowe dane techniczne silnika Fiat 13 Multijet

Parametr Jednostka Wartość

Układcylindroacutew - rzędowy

Liczbacylindroacutewc - 4

Rodzajwtrysku - bezpośredni wieloetapowy

Kolejnośćpracycylindroacutew - 1ndash3ndash4-2

Stopieńsprężaniae - 176

ŚrednicacylindraD mm 696

SkoktłokaS mm 82

PojemnośćskokowasilnikaVss cm3 1251

MocmaksymalnasilnikaNe kW 66

PrędkośćobrotowasilnikadlajegomocymaksymalnejnN obrmin 4000

MaksymalnymomentobrotowysilnikaMe Nm 200PrędkośćobrotowasilnikadlajegomaksymalnegomomentuobrotowegonM

obrmin 1750

Prędkośćobrotowabiegujałowegonbj obrmin 850plusmn20

STANOWISKO BADAWCZE

Badania eksperymentalne przeprowadzono na stanowisku hamownianym zbu-dowanym w Laboratorium Silnikoacutew Cieplnych Politechniki Świętokrzyskiej Stano-wisko to składa się z następujących węzłoacutew konstrukcyjnych [1 2 3]

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

12

bull silnika o zapłonie samoczynnym Fiat 13 Multijet bull hamulca elektrowirowego typu EMX ndash 10010 000 firmy Elektromex Centrum bull szafy sterującej pracą silnika i hamulca z układem sterowania firmy Automex bull systemu pomiarowego ciśnienia czynnika roboczego w cylindrze za pomocą

czujnika GH13G12 firmy AVL bull dawkomierza paliwa typu 730 Dynamic Fuel Consumption firmy AVL bull termicznego masowego przepływomierza powietrza SENSYFOLW iG firmy

ABB bull komputera PC umożliwiającego sterowanie pracą stanowiska hamownianego za

pomocą oprogramowania PARM wersja 17 firmy Automex oraz diagnostykę sil-nika przy wykorzystaniu modułu KTS 540 i oprogramowania firmy Bosch

Szafa sterownicza stanowiska składa się z panelu mocy hamulca AMX 202 modułu AMX 211 sterującego zespołem silnik-hamulec modułu pomiarowego AMX212 PMO umożliwiającego pomiar najważniejszych zmiennych opisujących stan silnika (prędkość obrotową wału i moment na wale łączącym silnik z hamulcem) oraz panel pomiaru temperatur i ciśnień Ponadto w szafie sterowniczej umieszczo-ny jest panel do sterowania dawkomierzem paliwa 730 Dynamic Fuel Consumption AVL oraz panel z regulatorami temperatury LUMEL RE43 Stanowisko wyposażo-ne jest w przepływomierz powietrza SENSYFOLW iG firmy ABB zapewniający pomiar wydatku przepływu powietrza z dokładnością 01 Ponadto stanowisko wyposażone jest w trzy wymienniki ciepła chłodzone wodą w obiegu zamkniętym ktoacutere umożliwiają chłodzenie powietrza doładowującego czynnika chłodzące-go oraz paliwa Każdy z wymiennikoacutew ciepła na wlocie wody wyposażony jest w elektrozawoacuter sterowany z szafy sterowniczej za pomocą regulatoroacutew temperatury LUMEL RE43 Umożliwia to utrzymanie stałej zadanej przez użytkownika tempe-ratury powietrza na wlocie do silnika płynu w układzie chłodzenia oraz temperatury paliwa Stanowisko wyposażone jest także w układ do pomiaru temperatur skła-dający się z czujnikoacutew termoelektrycznych i rezystancyjnych firmy Czah-Pomiar oraz przetwornikoacutew temperatury AR592 firmy Apar Układ ten umożliwia pomiary temperatury przed i za wymiennikiem ciepła chłodzącym powietrze doładowujące oraz przed i za wymiennikiem chłodzącym ciecz w układzie chłodzenia paliwa na wyjściu z listwy zasilającej spalin przed sprężarką i za katalizatorem oraz oleju w misce olejowej i głowicy silnika Ponadto stanowisko wyposażone jest w sześć przetwornikoacutew ciśnienia S-10 firmy WIKA ktoacutere umożliwiają pomiary cienienia powietrza doładowania cieczy w układzie chłodzenia spalin przed sprężarką i za katalizatorem oraz oleju w głowicy silnika i ciśnienia w skrzyni korbowej

Do pomiaru stężenia w spalinach tlenkoacutew azotu NOx i tlenu O2 zastosowano analizator EXSA-240-CL firmy Horiba Wykorzystana w tym analizatorze metoda detekcji chemiluminescencji zapewnia bardzo wysoką czułość oraz pozwala na mi-nimalizację oddziaływania na wynik pomiaru innych substancji Do pomiaru stęże-nia w spalinach badanego silnika tlenku węgla dwutlenku węgla i węglowodoroacutew

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

13

zastosowano wielogazowy analizator spalin typu Tecnotest 488 plus Pomiar reali-zowany jest przy wykorzystaniu zjawiska pochłaniania promieniowania podczerwo-nego w środowisku gazowym Analizator mierzy stężenie tlenku węgla dwutlenku węgla i węglowodoroacutew w gazach spalinowych na podstawie selektywnej absorpcji promieniowania podczerwonego przez każdy z wyżej wymienionych składnikoacutew Do pomiaru zadymienia spalin wykorzystano dymomierz MK-3 Hartridgersquoa Dymo-mierz ten działa na zasadzie poroacutewnania przezroczystości spalin z przezroczystością czystego powietrza

WYBRANE WYNIKI BADAŃ

Podczas badań eksperymentalnych silnik Fiat 13 Multijet zainstalowany na ha-mowni silnikowej pracował według charakterystyk obciążeniowych dla wybranych prędkości obrotowych wału korbowego silnika wynoszących n = 1200 1750 2400 3800 4000 i 4200 obrmin W trakcie realizacji badań rejestrowano wartości mocy użytecznej silnika Ne momentu obrotowego użytecznego Mo godzinowego zużycia paliwa Gh wartość ciśnienia paliwa w zasobniku paliwa układu zasilania silnika pw godzinowego zużycie powietrza Gpow ciśnienie doładowania pd Dysponując wymie-nionymi zarejestrowanymi wartościami obliczono jednostkowe zużycie paliwa ge dawkę paliwa przypadającą na jeden cykl pracy silnika dawkę powietrza przypada-jącą na pojedynczy cykl pracy silnika Wykorzystując wyżej wskazane analizatory rejestrowano stężenie w spalinach tlenku węgla CO dwutlenku węgla CO2 tlenkoacutew azotu NOx tlenu O2 i stopień zadymienia spalin Wartości wymienionych powyżej wskaźnikoacutew pracy badanego silnika przedstawiono w tabelach od 2 do 7

Tabela 2 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 1200 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 113 086 76106 597 350 28 19444 984 009 49 136 19 0

2 20 265 105 39623 729 382 32 22222 994 006 61 121 38 0

3 30 366 129 35246 896 390 36 25000 1008 004 70 107 59 0

4 40 505 161 31881 1118 394 39 27083 1027 004 81 95 88 3

5 50 619 178 28756 1236 409 40 27778 1049 003 90 79 133 9

6 60 770 215 27922 1493 454 44 30556 1079 002 100 66 234 11

7 70 884 237 26810 1646 492 49 34028 1116 00 105 60 376 9

8 80 998 263 26353 1826 486 53 36806 1162 007 104 55 522 7

9 88 1100 300 27273 2083 571 57 39583 1182 008 107 50 730 5

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

14

Tabela 3 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 1750 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 184 100 54348 476 418 40 19048 1011 020 50 133 40 0

2 21 386 140 36269 667 460 42 20000 1027 027 70 103 29 0

3 30 552 171 30978 814 504 44 20952 1054 017 80 89 28 0

4 41 755 208 27550 990 560 51 24286 1105 008 86 81 38 25

5 49 902 237 26275 1129 621 58 27619 1155 004 89 78 69 50

6 59 1087 268 24655 1276 673 62 29524 1206 003 94 71 98 60

7 70 1289 310 24050 1476 763 68 32381 1276 002 100 63 124 60

8 80 1474 349 23677 1662 821 72 34286 1353 002 102 59 167 55

9 90 1658 386 23281 1838 851 80 38095 1440 0 103 58 216 50

10 99 1824 426 23355 2029 863 89 42381 1536 0 102 59 281 40

11 110 2026 468 23100 2229 891 96 45714 1624 0 103 58 346 40

12 120 2211 508 22976 2419 881 104 49524 1720 0 102 60 427 35

13 131 2415 545 22567 2595 897 119 56667 1855 0 95 70 670 40

14 140 2581 576 22317 2743 889 118 56190 1808 0 97 67 763 35

15 150 2763 604 21860 2876 889 125 59524 1880 0 101 60 805 35

16 160 2949 638 21634 3038 899 129 61429 1923 0 105 55 835 40

17 170 3134 683 21793 3252 903 133 63333 1988 002 108 50 847 40

18 180 3316 727 21924 3462 897 137 65238 2065 002 111 46 875 45

19 190 3500 767 21914 3652 903 142 67619 2109 004 116 394 833 60

20 202 3722 821 22058 3910 901 142 67619 2131 008 122 304 815 90

Tabela 4 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 2400 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 252 148 58730 514 552 69 23958 1132 009 41 148 60 1

2 20 505 187 37030 649 611 69 23958 1150 010 54 131 58 1

3 30 757 229 30251 795 675 69 23958 1172 009 65 112 57 1

4 41 1036 279 26931 969 799 75 26042 1211 007 75 98 65 2

5 50 1263 327 25891 1135 849 80 27778 1261 005 82 88 75 35

6 60 1516 373 24604 1295 909 86 29861 1315 004 81 77 83 65

7 69 1743 421 24154 1462 1007 99 34375 1392 002 94 74 127 7

8 80 2021 478 23652 1660 1039 101 35069 1452 002 99 63 131 8

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

15

9 90 2274 525 23087 1823 1051 110 38194 1527 002 101 61 150 8

10 100 2525 567 22455 1969 1063 117 40625 1614 002 101 61 180 8

11 110 2778 614 22102 2132 1077 129 44792 1699 0 102 61 221 6

12 120 3032 659 21735 2288 1081 139 48264 1784 0 101 62 269 6

13 130 3283 712 21687 2472 1085 146 50694 1851 0 101 61 334 5

14 140 3539 758 21418 2632 1079 157 54514 1912 0 102 62 407 4

15 150 3788 802 21172 2785 1085 168 58333 2037 0 101 62 472 35

16 160 4043 839 20752 2913 1079 186 64583 2099 0 94 71 798 3

17 169 4270 889 20820 3087 1077 189 65625 2143 0 99 65 843 3

18 180 4548 950 20888 3299 1081 192 66667 2174 0 104 58 872 3

19 190 4801 1010 21037 3507 1085 194 67361 2215 002 109 51 881 4

20 200 5053 1070 21176 3715 1085 197 68403 2255 003 114 43 846 8

21 204 5161 1093 21178 3795 1077 198 68750 2255 004 117 396 847 75

Tabela 5 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 3800 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 9 360 317 88056 695 813 216 47368 1617 002 27 168 170 1

2 20 800 372 46500 816 855 218 47807 1628 002 33 159 199 1

3 30 1200 430 35833 943 915 221 48465 1642 0 38 152 228 1

4 40 1600 489 30563 1072 993 225 49342 1645 0 44 145 267 15

5 50 2000 549 27450 1204 1053 219 48026 1611 0 50 134 314 2

6 60 2401 617 25698 1353 1099 222 48684 1623 0 57 125 370 3

7 69 2760 684 24783 1500 1147 221 48465 1622 0 64 115 425 4

8 80 3201 768 23993 1684 1221 237 51974 1751 0 66 113 487 4

9 90 3600 847 23528 1857 1275 248 54386 1889 0 68 109 574 3

10 100 4002 930 23238 2039 1351 262 57456 1989 0 71 104 667 3

11 111 4441 1010 22743 2215 1439 273 59868 2057 0 76 97 765 2

12 120 4801 1090 22704 2390 1441 273 59868 2059 0 82 89 787 25

13 130 5201 1155 22207 2533 1495 278 60965 2085 0 88 80 862 2

14 141 5641 1272 22549 2789 1494 282 61842 2114 0 95 70 889 3

15 151 6041 1379 22827 3024 1509 283 62061 2136 002 102 60 905 5

16 160 6401 1483 23168 3252 1507 286 62719 2150 004 110 50 899 10

cd tabeli 4

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

16

Tabela 6 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 4000 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 455 365 80220 760 839 237 49375 1708 0 24 168 246 1

2 20 828 411 49638 856 877 243 50625 1735 0 27 163 252 1

3 30 1325 475 35849 990 937 248 51667 1772 0 30 157 360 1

4 40 1656 534 32246 1113 987 255 53125 1807 0 34 151 412 15

5 50 2073 570 27496 1188 1033 229 47708 1601 0 41 138 493 3

6 60 2526 644 25495 1342 1093 235 48958 1628 0 44 130 567 4

7 70 2899 708 24422 1475 1141 235 48958 1629 0 50 124 629 4

8 80 3311 789 23830 1644 1221 246 51250 1706 0 53 115 719 4

9 90 3769 873 23163 1819 1293 264 55000 1862 0 54 113 844 3

10 100 4179 952 22781 1983 1375 276 57500 1973 0 57 109 979 2

11 110 4552 1021 22430 2127 1487 285 59375 2031 0 62 103 1087 3

12 120 5013 1113 22202 2319 1513 286 59583 2046 0 67 94 1150 3

13 130 5457 1178 21587 2454 1593 290 60417 2083 0 71 86 1178 4

14 140 5840 1312 22466 2733 1587 293 61042 2104 0 77 73 1224 45

15 150 6256 1420 22698 2958 1593 294 61250 2127 002 81 65 1238 7

16 158 6504 1489 22894 3102 1583 296 61667 2124 003 86 56 1235 11

Tabela 7 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 4200 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 442 344 77828 683 821 205 40675 1429 004 31 162 178 0

2 20 884 400 45249 794 861 215 42659 1497 003 37 155 208 0

3 30 1326 483 36425 958 921 225 44643 1562 002 42 147 254 2

4 39 1724 574 33295 1139 983 240 47619 1679 0 46 139 285 2

5 50 2211 654 29579 1298 1059 258 51190 1793 0 51 132 328 25

6 60 2652 716 26998 1421 1093 239 47421 1624 0 60 119 376 4

7 70 3095 809 26139 1605 1161 240 47619 1641 0 68 108 437 5

8 80 3536 900 25452 1786 1227 247 49008 1693 0 74 99 489 6

9 90 3979 984 24730 1952 1305 265 52579 1850 0 76 97 565 5

10 100 4423 1078 24373 2139 1381 276 54762 1968 0 78 93 683 5

11 110 4865 1159 23823 2300 1501 289 57341 2028 0 85 84 822 4

12 120 5307 1243 23422 2466 1591 294 58333 2069 002 92 71 937 5

13 131 5794 1408 24301 2794 1569 297 58929 2086 004 101 60 945 8

14 138 6104 1527 25016 3030 1561 298 59127 2102 006 107 51 923 14

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

17

Na rysunkach od 1 do 3 przestawiono sporządzone na podstawie wynikoacutew badań eksperymentalnych charakterystyki obciążeniowe badanego silnika Fiat 13 Multijet dla prędkości obrotowych n = 1200 1750 2400 3800 4000 i 4200 obrmin Na cha-rakterystykach tych w funkcji zmiany obciążenia silnika wyrażonego użytecznym momentem obrotowym Mo pokazano przebiegi zmian godzinowego zużycia paliwa Gh jednostkowego zużycia paliwa ge i godzinowego zużycia powietrza Gpow

Rys 1 Charakterystyka obciążeniowa silnika Fiat 13 Multijet sporządzona dla prędkości

obrotowej n = 1200 i 1750 obrmin przy zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Rys 2 Charakterystyka obciążeniowa silnika Fiat 13 Multijet sporządzona dla prędkości

obrotowej n = 2400 i 3800 obrmin przy zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

18

Rys 3 Charakterystyka obciążeniowa silnika Fiat 13 Multijet sporządzona dla prędkości

obrotowej n = 4000 i 4200 obrmin przy zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

PODSUMOWANIE

Silnik Fiat 13 Multijet będący obiektem badań jest jednym z najnowocześniej-szych silnikoacutew o zapłonie samoczynny ktoacutery stanowi modernizację silnika o mocy 51 kW i momencie obrotowym 180 Nm Zwiększenie mocy do 66 kW i momentu obrotowego do 200 Nm osiągnięto drogą doskonalenia systemu spalania zwięk-szenia ciśnienia wtrysku paliwa do 160 MPa oraz przez zastosowanie turbosprężarki o zmiennej geometrii łopatek kierownicy Ponadto w wersji wyposażonej w filtr czą-stek stałych zwiększono ilość etapoacutew wtryskoacutew przypadających na cykl pracy silnika z trzech do maksymalnie pięciu co związane jest z regeneracją filtra cząstek stałych

Otrzymane wyniki badań hamownianych silnika 13 Multijet potwierdzają wy-sokie osiągi badanego silnika przy niewielkiej emisji szkodliwych składnikoacutew spa-lin Silnik charakteryzuje się dobrą elastycznością dzięki wysokiemu momentowi obrotowemu ktoacuterego wartość większą od Mo = 200 Nm uzyskano przy pracy silni-ka według charakterystyk obciążeniowych przy prędkościach obrotowych n = 1750 obrmin i n = 2400 obrmin Minimalne jednostkowe zużycie paliwa ge = 20752 gkWmiddoth silnik uzyskał przy prędkości obrotowej n = 2400 obrmin Uzyskana wartość momentu obrotowego w tych warunkach pracy silnika to M o = 160 Nm Największe znaczenie ze względu na ochronę naturalnego środowiska człowieka w przypad-ku silnikoacutew o zapłonie samoczynnym ma emisja tlenkoacutew azotu i cząstek stałych Dla przeprowadzonego zakresu badań największe wartości stężenia tlenkoacutew azotu uzyskano przy pracy silnika według charakterystyki obciążeniowej przy prędkości obrotowej n = 4000 obrmin Ponadto z wynikoacutew pomiaroacutew widać że silnik cha-rakteryzuje się minimalną emisją tlenku węgla Wynika to z tego że silnik pracuje ze znacznym nadmiarem powietrza podczas procesu spalania a paliwo wtryskiwane

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

19

jest pod wysokim ciśnieniem do komory spalania umieszczonej w denku tłoka i łatwo ulega wymieszaniu z powietrzem Zastosowanie bezpośredniego wtrysku pa-liwa wysokociśnieniowego układu zasilania Common Rail turbosprężarki z stero-wanym wydatkiem układu recyrkulacji z chłodzeniem recyrkulowanych spalin ka-talizatora z sondą lambda w układzie wydechowym oraz zaawansowanego systemu sterowania wymienionymi układami i podzespołami pozwoliło na spełnienie przez niego wysokich wymagań dotyczących wskaźnikoacutew ekonomiczno-energetycznych i ekologicznych

LITERATURA

1 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P Examination of fast-changing quantities in engine with common rail injection system Journal of KONES Powertrain and transport vol 17 no3 Warsaw 2010

2 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P External speed characteristics in engine with multi-stage fuel injection Journal of KONES Powertrain and transport vol 17 no1 Warsaw 2010

3 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P Ocena parametroacutew pracy wieloetapowo zasilanego silnika 13 Multijet Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdoacutew 1(82)2011

4 Basshuysen R Ottomotor mit Direkteinspritzung Friedr Vieweg amp Sohn Verlag - GWV Fachverlage GmbH Wiesbaden 2007

5 Brzeżański M Śliwiński K Downsizing ndash nowy kierunek rozwoju silnikoacutew samocho-dowych Silniki Spalinowe nr 22004 (119)

6 Golloch R Downsizing bei Verbrennungsmotoren Springer Verlag 20057 Golloch R Merker G P Downsizing bei Verbrennungsmotoren ndash Grundlagen Stand

der Technik und zukuumlnftige Konzepte In MTZ 66 (2005) nr 28 Imarisio R Giardina-Papa P Siracusa M The new 13 L 90 PS diesel engine Silniki

Spalinowe nr 32005 (122)9 Merkisz J Rozwoacutej silnikoacutew spalinowych w aspekcie ich ekologii Zeszyty Naukowe

Instytutu Pojazdoacutew 2(78)201010 Pietras D Świątek P Doboacuter kalibracji sterowania silnika 13 Multijet w aspekcie jego

osiągoacutew i składu spalin Silniki Spalinowe nr 22008 (133)11 Rokosch U Układy oczyszczania spalin i pokładowe systemy diagnostyczne samocho-

doacutew OBD Wydawnictwo Komunikacji i Łączności Warszawa 2007

LOAD CHARACTERISTICS OF TURBOCHARGED 13 MULTIJET ENGINE

Abstract

The paper presents the results of test bench investigations into compression ignition 13 Multijet engine with multistage fuel injection which is manufactured in Poland by Fiat-GM Powertrain Polska Company The tests were conducted at the stand constructed at the Heat Engines Labora-tory of the Kielce University of Technology The scope of investigations included determining

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

20

economic and energetic parameters of the engine work and also environmental parameters such as the concentration of nitrogen oxides NOx carbon monoxide CO and carbon dioxide CO2 in exhaust gases and exhaust gas smokiness During the tests the engine operated under load condi-tions at the crankshaft rotational speed n = 1200 1750 2400 3800 4000 and 4200 rpm Such values of speed were selected because of the multi-stage fuel injection and the enginersquos being able to reach the maximum torque Mo = 200 Nm at the crankshaft rotational speed n = 1750 rpm and the maximum power output Ne = 66 kW delivered at n = 4000 rpm

Key words piston internal combustion engine engine characteristics engine work parameters test bench investigations

Page 6: Andrzej Ambrozik , Tomasz Ambrozik , Dariusz Kurczyński Piotr …yadda.icm.edu.pl/yadda/element/bwmeta1.element.baztech... · 2013. 7. 3. · POSTĘPY N AUKI I TECHNIKI NR 1, 2012

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

12

bull silnika o zapłonie samoczynnym Fiat 13 Multijet bull hamulca elektrowirowego typu EMX ndash 10010 000 firmy Elektromex Centrum bull szafy sterującej pracą silnika i hamulca z układem sterowania firmy Automex bull systemu pomiarowego ciśnienia czynnika roboczego w cylindrze za pomocą

czujnika GH13G12 firmy AVL bull dawkomierza paliwa typu 730 Dynamic Fuel Consumption firmy AVL bull termicznego masowego przepływomierza powietrza SENSYFOLW iG firmy

ABB bull komputera PC umożliwiającego sterowanie pracą stanowiska hamownianego za

pomocą oprogramowania PARM wersja 17 firmy Automex oraz diagnostykę sil-nika przy wykorzystaniu modułu KTS 540 i oprogramowania firmy Bosch

Szafa sterownicza stanowiska składa się z panelu mocy hamulca AMX 202 modułu AMX 211 sterującego zespołem silnik-hamulec modułu pomiarowego AMX212 PMO umożliwiającego pomiar najważniejszych zmiennych opisujących stan silnika (prędkość obrotową wału i moment na wale łączącym silnik z hamulcem) oraz panel pomiaru temperatur i ciśnień Ponadto w szafie sterowniczej umieszczo-ny jest panel do sterowania dawkomierzem paliwa 730 Dynamic Fuel Consumption AVL oraz panel z regulatorami temperatury LUMEL RE43 Stanowisko wyposażo-ne jest w przepływomierz powietrza SENSYFOLW iG firmy ABB zapewniający pomiar wydatku przepływu powietrza z dokładnością 01 Ponadto stanowisko wyposażone jest w trzy wymienniki ciepła chłodzone wodą w obiegu zamkniętym ktoacutere umożliwiają chłodzenie powietrza doładowującego czynnika chłodzące-go oraz paliwa Każdy z wymiennikoacutew ciepła na wlocie wody wyposażony jest w elektrozawoacuter sterowany z szafy sterowniczej za pomocą regulatoroacutew temperatury LUMEL RE43 Umożliwia to utrzymanie stałej zadanej przez użytkownika tempe-ratury powietrza na wlocie do silnika płynu w układzie chłodzenia oraz temperatury paliwa Stanowisko wyposażone jest także w układ do pomiaru temperatur skła-dający się z czujnikoacutew termoelektrycznych i rezystancyjnych firmy Czah-Pomiar oraz przetwornikoacutew temperatury AR592 firmy Apar Układ ten umożliwia pomiary temperatury przed i za wymiennikiem ciepła chłodzącym powietrze doładowujące oraz przed i za wymiennikiem chłodzącym ciecz w układzie chłodzenia paliwa na wyjściu z listwy zasilającej spalin przed sprężarką i za katalizatorem oraz oleju w misce olejowej i głowicy silnika Ponadto stanowisko wyposażone jest w sześć przetwornikoacutew ciśnienia S-10 firmy WIKA ktoacutere umożliwiają pomiary cienienia powietrza doładowania cieczy w układzie chłodzenia spalin przed sprężarką i za katalizatorem oraz oleju w głowicy silnika i ciśnienia w skrzyni korbowej

Do pomiaru stężenia w spalinach tlenkoacutew azotu NOx i tlenu O2 zastosowano analizator EXSA-240-CL firmy Horiba Wykorzystana w tym analizatorze metoda detekcji chemiluminescencji zapewnia bardzo wysoką czułość oraz pozwala na mi-nimalizację oddziaływania na wynik pomiaru innych substancji Do pomiaru stęże-nia w spalinach badanego silnika tlenku węgla dwutlenku węgla i węglowodoroacutew

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

13

zastosowano wielogazowy analizator spalin typu Tecnotest 488 plus Pomiar reali-zowany jest przy wykorzystaniu zjawiska pochłaniania promieniowania podczerwo-nego w środowisku gazowym Analizator mierzy stężenie tlenku węgla dwutlenku węgla i węglowodoroacutew w gazach spalinowych na podstawie selektywnej absorpcji promieniowania podczerwonego przez każdy z wyżej wymienionych składnikoacutew Do pomiaru zadymienia spalin wykorzystano dymomierz MK-3 Hartridgersquoa Dymo-mierz ten działa na zasadzie poroacutewnania przezroczystości spalin z przezroczystością czystego powietrza

WYBRANE WYNIKI BADAŃ

Podczas badań eksperymentalnych silnik Fiat 13 Multijet zainstalowany na ha-mowni silnikowej pracował według charakterystyk obciążeniowych dla wybranych prędkości obrotowych wału korbowego silnika wynoszących n = 1200 1750 2400 3800 4000 i 4200 obrmin W trakcie realizacji badań rejestrowano wartości mocy użytecznej silnika Ne momentu obrotowego użytecznego Mo godzinowego zużycia paliwa Gh wartość ciśnienia paliwa w zasobniku paliwa układu zasilania silnika pw godzinowego zużycie powietrza Gpow ciśnienie doładowania pd Dysponując wymie-nionymi zarejestrowanymi wartościami obliczono jednostkowe zużycie paliwa ge dawkę paliwa przypadającą na jeden cykl pracy silnika dawkę powietrza przypada-jącą na pojedynczy cykl pracy silnika Wykorzystując wyżej wskazane analizatory rejestrowano stężenie w spalinach tlenku węgla CO dwutlenku węgla CO2 tlenkoacutew azotu NOx tlenu O2 i stopień zadymienia spalin Wartości wymienionych powyżej wskaźnikoacutew pracy badanego silnika przedstawiono w tabelach od 2 do 7

Tabela 2 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 1200 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 113 086 76106 597 350 28 19444 984 009 49 136 19 0

2 20 265 105 39623 729 382 32 22222 994 006 61 121 38 0

3 30 366 129 35246 896 390 36 25000 1008 004 70 107 59 0

4 40 505 161 31881 1118 394 39 27083 1027 004 81 95 88 3

5 50 619 178 28756 1236 409 40 27778 1049 003 90 79 133 9

6 60 770 215 27922 1493 454 44 30556 1079 002 100 66 234 11

7 70 884 237 26810 1646 492 49 34028 1116 00 105 60 376 9

8 80 998 263 26353 1826 486 53 36806 1162 007 104 55 522 7

9 88 1100 300 27273 2083 571 57 39583 1182 008 107 50 730 5

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

14

Tabela 3 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 1750 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 184 100 54348 476 418 40 19048 1011 020 50 133 40 0

2 21 386 140 36269 667 460 42 20000 1027 027 70 103 29 0

3 30 552 171 30978 814 504 44 20952 1054 017 80 89 28 0

4 41 755 208 27550 990 560 51 24286 1105 008 86 81 38 25

5 49 902 237 26275 1129 621 58 27619 1155 004 89 78 69 50

6 59 1087 268 24655 1276 673 62 29524 1206 003 94 71 98 60

7 70 1289 310 24050 1476 763 68 32381 1276 002 100 63 124 60

8 80 1474 349 23677 1662 821 72 34286 1353 002 102 59 167 55

9 90 1658 386 23281 1838 851 80 38095 1440 0 103 58 216 50

10 99 1824 426 23355 2029 863 89 42381 1536 0 102 59 281 40

11 110 2026 468 23100 2229 891 96 45714 1624 0 103 58 346 40

12 120 2211 508 22976 2419 881 104 49524 1720 0 102 60 427 35

13 131 2415 545 22567 2595 897 119 56667 1855 0 95 70 670 40

14 140 2581 576 22317 2743 889 118 56190 1808 0 97 67 763 35

15 150 2763 604 21860 2876 889 125 59524 1880 0 101 60 805 35

16 160 2949 638 21634 3038 899 129 61429 1923 0 105 55 835 40

17 170 3134 683 21793 3252 903 133 63333 1988 002 108 50 847 40

18 180 3316 727 21924 3462 897 137 65238 2065 002 111 46 875 45

19 190 3500 767 21914 3652 903 142 67619 2109 004 116 394 833 60

20 202 3722 821 22058 3910 901 142 67619 2131 008 122 304 815 90

Tabela 4 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 2400 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 252 148 58730 514 552 69 23958 1132 009 41 148 60 1

2 20 505 187 37030 649 611 69 23958 1150 010 54 131 58 1

3 30 757 229 30251 795 675 69 23958 1172 009 65 112 57 1

4 41 1036 279 26931 969 799 75 26042 1211 007 75 98 65 2

5 50 1263 327 25891 1135 849 80 27778 1261 005 82 88 75 35

6 60 1516 373 24604 1295 909 86 29861 1315 004 81 77 83 65

7 69 1743 421 24154 1462 1007 99 34375 1392 002 94 74 127 7

8 80 2021 478 23652 1660 1039 101 35069 1452 002 99 63 131 8

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

15

9 90 2274 525 23087 1823 1051 110 38194 1527 002 101 61 150 8

10 100 2525 567 22455 1969 1063 117 40625 1614 002 101 61 180 8

11 110 2778 614 22102 2132 1077 129 44792 1699 0 102 61 221 6

12 120 3032 659 21735 2288 1081 139 48264 1784 0 101 62 269 6

13 130 3283 712 21687 2472 1085 146 50694 1851 0 101 61 334 5

14 140 3539 758 21418 2632 1079 157 54514 1912 0 102 62 407 4

15 150 3788 802 21172 2785 1085 168 58333 2037 0 101 62 472 35

16 160 4043 839 20752 2913 1079 186 64583 2099 0 94 71 798 3

17 169 4270 889 20820 3087 1077 189 65625 2143 0 99 65 843 3

18 180 4548 950 20888 3299 1081 192 66667 2174 0 104 58 872 3

19 190 4801 1010 21037 3507 1085 194 67361 2215 002 109 51 881 4

20 200 5053 1070 21176 3715 1085 197 68403 2255 003 114 43 846 8

21 204 5161 1093 21178 3795 1077 198 68750 2255 004 117 396 847 75

Tabela 5 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 3800 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 9 360 317 88056 695 813 216 47368 1617 002 27 168 170 1

2 20 800 372 46500 816 855 218 47807 1628 002 33 159 199 1

3 30 1200 430 35833 943 915 221 48465 1642 0 38 152 228 1

4 40 1600 489 30563 1072 993 225 49342 1645 0 44 145 267 15

5 50 2000 549 27450 1204 1053 219 48026 1611 0 50 134 314 2

6 60 2401 617 25698 1353 1099 222 48684 1623 0 57 125 370 3

7 69 2760 684 24783 1500 1147 221 48465 1622 0 64 115 425 4

8 80 3201 768 23993 1684 1221 237 51974 1751 0 66 113 487 4

9 90 3600 847 23528 1857 1275 248 54386 1889 0 68 109 574 3

10 100 4002 930 23238 2039 1351 262 57456 1989 0 71 104 667 3

11 111 4441 1010 22743 2215 1439 273 59868 2057 0 76 97 765 2

12 120 4801 1090 22704 2390 1441 273 59868 2059 0 82 89 787 25

13 130 5201 1155 22207 2533 1495 278 60965 2085 0 88 80 862 2

14 141 5641 1272 22549 2789 1494 282 61842 2114 0 95 70 889 3

15 151 6041 1379 22827 3024 1509 283 62061 2136 002 102 60 905 5

16 160 6401 1483 23168 3252 1507 286 62719 2150 004 110 50 899 10

cd tabeli 4

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

16

Tabela 6 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 4000 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 455 365 80220 760 839 237 49375 1708 0 24 168 246 1

2 20 828 411 49638 856 877 243 50625 1735 0 27 163 252 1

3 30 1325 475 35849 990 937 248 51667 1772 0 30 157 360 1

4 40 1656 534 32246 1113 987 255 53125 1807 0 34 151 412 15

5 50 2073 570 27496 1188 1033 229 47708 1601 0 41 138 493 3

6 60 2526 644 25495 1342 1093 235 48958 1628 0 44 130 567 4

7 70 2899 708 24422 1475 1141 235 48958 1629 0 50 124 629 4

8 80 3311 789 23830 1644 1221 246 51250 1706 0 53 115 719 4

9 90 3769 873 23163 1819 1293 264 55000 1862 0 54 113 844 3

10 100 4179 952 22781 1983 1375 276 57500 1973 0 57 109 979 2

11 110 4552 1021 22430 2127 1487 285 59375 2031 0 62 103 1087 3

12 120 5013 1113 22202 2319 1513 286 59583 2046 0 67 94 1150 3

13 130 5457 1178 21587 2454 1593 290 60417 2083 0 71 86 1178 4

14 140 5840 1312 22466 2733 1587 293 61042 2104 0 77 73 1224 45

15 150 6256 1420 22698 2958 1593 294 61250 2127 002 81 65 1238 7

16 158 6504 1489 22894 3102 1583 296 61667 2124 003 86 56 1235 11

Tabela 7 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 4200 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 442 344 77828 683 821 205 40675 1429 004 31 162 178 0

2 20 884 400 45249 794 861 215 42659 1497 003 37 155 208 0

3 30 1326 483 36425 958 921 225 44643 1562 002 42 147 254 2

4 39 1724 574 33295 1139 983 240 47619 1679 0 46 139 285 2

5 50 2211 654 29579 1298 1059 258 51190 1793 0 51 132 328 25

6 60 2652 716 26998 1421 1093 239 47421 1624 0 60 119 376 4

7 70 3095 809 26139 1605 1161 240 47619 1641 0 68 108 437 5

8 80 3536 900 25452 1786 1227 247 49008 1693 0 74 99 489 6

9 90 3979 984 24730 1952 1305 265 52579 1850 0 76 97 565 5

10 100 4423 1078 24373 2139 1381 276 54762 1968 0 78 93 683 5

11 110 4865 1159 23823 2300 1501 289 57341 2028 0 85 84 822 4

12 120 5307 1243 23422 2466 1591 294 58333 2069 002 92 71 937 5

13 131 5794 1408 24301 2794 1569 297 58929 2086 004 101 60 945 8

14 138 6104 1527 25016 3030 1561 298 59127 2102 006 107 51 923 14

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

17

Na rysunkach od 1 do 3 przestawiono sporządzone na podstawie wynikoacutew badań eksperymentalnych charakterystyki obciążeniowe badanego silnika Fiat 13 Multijet dla prędkości obrotowych n = 1200 1750 2400 3800 4000 i 4200 obrmin Na cha-rakterystykach tych w funkcji zmiany obciążenia silnika wyrażonego użytecznym momentem obrotowym Mo pokazano przebiegi zmian godzinowego zużycia paliwa Gh jednostkowego zużycia paliwa ge i godzinowego zużycia powietrza Gpow

Rys 1 Charakterystyka obciążeniowa silnika Fiat 13 Multijet sporządzona dla prędkości

obrotowej n = 1200 i 1750 obrmin przy zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Rys 2 Charakterystyka obciążeniowa silnika Fiat 13 Multijet sporządzona dla prędkości

obrotowej n = 2400 i 3800 obrmin przy zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

18

Rys 3 Charakterystyka obciążeniowa silnika Fiat 13 Multijet sporządzona dla prędkości

obrotowej n = 4000 i 4200 obrmin przy zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

PODSUMOWANIE

Silnik Fiat 13 Multijet będący obiektem badań jest jednym z najnowocześniej-szych silnikoacutew o zapłonie samoczynny ktoacutery stanowi modernizację silnika o mocy 51 kW i momencie obrotowym 180 Nm Zwiększenie mocy do 66 kW i momentu obrotowego do 200 Nm osiągnięto drogą doskonalenia systemu spalania zwięk-szenia ciśnienia wtrysku paliwa do 160 MPa oraz przez zastosowanie turbosprężarki o zmiennej geometrii łopatek kierownicy Ponadto w wersji wyposażonej w filtr czą-stek stałych zwiększono ilość etapoacutew wtryskoacutew przypadających na cykl pracy silnika z trzech do maksymalnie pięciu co związane jest z regeneracją filtra cząstek stałych

Otrzymane wyniki badań hamownianych silnika 13 Multijet potwierdzają wy-sokie osiągi badanego silnika przy niewielkiej emisji szkodliwych składnikoacutew spa-lin Silnik charakteryzuje się dobrą elastycznością dzięki wysokiemu momentowi obrotowemu ktoacuterego wartość większą od Mo = 200 Nm uzyskano przy pracy silni-ka według charakterystyk obciążeniowych przy prędkościach obrotowych n = 1750 obrmin i n = 2400 obrmin Minimalne jednostkowe zużycie paliwa ge = 20752 gkWmiddoth silnik uzyskał przy prędkości obrotowej n = 2400 obrmin Uzyskana wartość momentu obrotowego w tych warunkach pracy silnika to M o = 160 Nm Największe znaczenie ze względu na ochronę naturalnego środowiska człowieka w przypad-ku silnikoacutew o zapłonie samoczynnym ma emisja tlenkoacutew azotu i cząstek stałych Dla przeprowadzonego zakresu badań największe wartości stężenia tlenkoacutew azotu uzyskano przy pracy silnika według charakterystyki obciążeniowej przy prędkości obrotowej n = 4000 obrmin Ponadto z wynikoacutew pomiaroacutew widać że silnik cha-rakteryzuje się minimalną emisją tlenku węgla Wynika to z tego że silnik pracuje ze znacznym nadmiarem powietrza podczas procesu spalania a paliwo wtryskiwane

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

19

jest pod wysokim ciśnieniem do komory spalania umieszczonej w denku tłoka i łatwo ulega wymieszaniu z powietrzem Zastosowanie bezpośredniego wtrysku pa-liwa wysokociśnieniowego układu zasilania Common Rail turbosprężarki z stero-wanym wydatkiem układu recyrkulacji z chłodzeniem recyrkulowanych spalin ka-talizatora z sondą lambda w układzie wydechowym oraz zaawansowanego systemu sterowania wymienionymi układami i podzespołami pozwoliło na spełnienie przez niego wysokich wymagań dotyczących wskaźnikoacutew ekonomiczno-energetycznych i ekologicznych

LITERATURA

1 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P Examination of fast-changing quantities in engine with common rail injection system Journal of KONES Powertrain and transport vol 17 no3 Warsaw 2010

2 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P External speed characteristics in engine with multi-stage fuel injection Journal of KONES Powertrain and transport vol 17 no1 Warsaw 2010

3 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P Ocena parametroacutew pracy wieloetapowo zasilanego silnika 13 Multijet Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdoacutew 1(82)2011

4 Basshuysen R Ottomotor mit Direkteinspritzung Friedr Vieweg amp Sohn Verlag - GWV Fachverlage GmbH Wiesbaden 2007

5 Brzeżański M Śliwiński K Downsizing ndash nowy kierunek rozwoju silnikoacutew samocho-dowych Silniki Spalinowe nr 22004 (119)

6 Golloch R Downsizing bei Verbrennungsmotoren Springer Verlag 20057 Golloch R Merker G P Downsizing bei Verbrennungsmotoren ndash Grundlagen Stand

der Technik und zukuumlnftige Konzepte In MTZ 66 (2005) nr 28 Imarisio R Giardina-Papa P Siracusa M The new 13 L 90 PS diesel engine Silniki

Spalinowe nr 32005 (122)9 Merkisz J Rozwoacutej silnikoacutew spalinowych w aspekcie ich ekologii Zeszyty Naukowe

Instytutu Pojazdoacutew 2(78)201010 Pietras D Świątek P Doboacuter kalibracji sterowania silnika 13 Multijet w aspekcie jego

osiągoacutew i składu spalin Silniki Spalinowe nr 22008 (133)11 Rokosch U Układy oczyszczania spalin i pokładowe systemy diagnostyczne samocho-

doacutew OBD Wydawnictwo Komunikacji i Łączności Warszawa 2007

LOAD CHARACTERISTICS OF TURBOCHARGED 13 MULTIJET ENGINE

Abstract

The paper presents the results of test bench investigations into compression ignition 13 Multijet engine with multistage fuel injection which is manufactured in Poland by Fiat-GM Powertrain Polska Company The tests were conducted at the stand constructed at the Heat Engines Labora-tory of the Kielce University of Technology The scope of investigations included determining

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

20

economic and energetic parameters of the engine work and also environmental parameters such as the concentration of nitrogen oxides NOx carbon monoxide CO and carbon dioxide CO2 in exhaust gases and exhaust gas smokiness During the tests the engine operated under load condi-tions at the crankshaft rotational speed n = 1200 1750 2400 3800 4000 and 4200 rpm Such values of speed were selected because of the multi-stage fuel injection and the enginersquos being able to reach the maximum torque Mo = 200 Nm at the crankshaft rotational speed n = 1750 rpm and the maximum power output Ne = 66 kW delivered at n = 4000 rpm

Key words piston internal combustion engine engine characteristics engine work parameters test bench investigations

Page 7: Andrzej Ambrozik , Tomasz Ambrozik , Dariusz Kurczyński Piotr …yadda.icm.edu.pl/yadda/element/bwmeta1.element.baztech... · 2013. 7. 3. · POSTĘPY N AUKI I TECHNIKI NR 1, 2012

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

13

zastosowano wielogazowy analizator spalin typu Tecnotest 488 plus Pomiar reali-zowany jest przy wykorzystaniu zjawiska pochłaniania promieniowania podczerwo-nego w środowisku gazowym Analizator mierzy stężenie tlenku węgla dwutlenku węgla i węglowodoroacutew w gazach spalinowych na podstawie selektywnej absorpcji promieniowania podczerwonego przez każdy z wyżej wymienionych składnikoacutew Do pomiaru zadymienia spalin wykorzystano dymomierz MK-3 Hartridgersquoa Dymo-mierz ten działa na zasadzie poroacutewnania przezroczystości spalin z przezroczystością czystego powietrza

WYBRANE WYNIKI BADAŃ

Podczas badań eksperymentalnych silnik Fiat 13 Multijet zainstalowany na ha-mowni silnikowej pracował według charakterystyk obciążeniowych dla wybranych prędkości obrotowych wału korbowego silnika wynoszących n = 1200 1750 2400 3800 4000 i 4200 obrmin W trakcie realizacji badań rejestrowano wartości mocy użytecznej silnika Ne momentu obrotowego użytecznego Mo godzinowego zużycia paliwa Gh wartość ciśnienia paliwa w zasobniku paliwa układu zasilania silnika pw godzinowego zużycie powietrza Gpow ciśnienie doładowania pd Dysponując wymie-nionymi zarejestrowanymi wartościami obliczono jednostkowe zużycie paliwa ge dawkę paliwa przypadającą na jeden cykl pracy silnika dawkę powietrza przypada-jącą na pojedynczy cykl pracy silnika Wykorzystując wyżej wskazane analizatory rejestrowano stężenie w spalinach tlenku węgla CO dwutlenku węgla CO2 tlenkoacutew azotu NOx tlenu O2 i stopień zadymienia spalin Wartości wymienionych powyżej wskaźnikoacutew pracy badanego silnika przedstawiono w tabelach od 2 do 7

Tabela 2 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 1200 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 113 086 76106 597 350 28 19444 984 009 49 136 19 0

2 20 265 105 39623 729 382 32 22222 994 006 61 121 38 0

3 30 366 129 35246 896 390 36 25000 1008 004 70 107 59 0

4 40 505 161 31881 1118 394 39 27083 1027 004 81 95 88 3

5 50 619 178 28756 1236 409 40 27778 1049 003 90 79 133 9

6 60 770 215 27922 1493 454 44 30556 1079 002 100 66 234 11

7 70 884 237 26810 1646 492 49 34028 1116 00 105 60 376 9

8 80 998 263 26353 1826 486 53 36806 1162 007 104 55 522 7

9 88 1100 300 27273 2083 571 57 39583 1182 008 107 50 730 5

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

14

Tabela 3 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 1750 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 184 100 54348 476 418 40 19048 1011 020 50 133 40 0

2 21 386 140 36269 667 460 42 20000 1027 027 70 103 29 0

3 30 552 171 30978 814 504 44 20952 1054 017 80 89 28 0

4 41 755 208 27550 990 560 51 24286 1105 008 86 81 38 25

5 49 902 237 26275 1129 621 58 27619 1155 004 89 78 69 50

6 59 1087 268 24655 1276 673 62 29524 1206 003 94 71 98 60

7 70 1289 310 24050 1476 763 68 32381 1276 002 100 63 124 60

8 80 1474 349 23677 1662 821 72 34286 1353 002 102 59 167 55

9 90 1658 386 23281 1838 851 80 38095 1440 0 103 58 216 50

10 99 1824 426 23355 2029 863 89 42381 1536 0 102 59 281 40

11 110 2026 468 23100 2229 891 96 45714 1624 0 103 58 346 40

12 120 2211 508 22976 2419 881 104 49524 1720 0 102 60 427 35

13 131 2415 545 22567 2595 897 119 56667 1855 0 95 70 670 40

14 140 2581 576 22317 2743 889 118 56190 1808 0 97 67 763 35

15 150 2763 604 21860 2876 889 125 59524 1880 0 101 60 805 35

16 160 2949 638 21634 3038 899 129 61429 1923 0 105 55 835 40

17 170 3134 683 21793 3252 903 133 63333 1988 002 108 50 847 40

18 180 3316 727 21924 3462 897 137 65238 2065 002 111 46 875 45

19 190 3500 767 21914 3652 903 142 67619 2109 004 116 394 833 60

20 202 3722 821 22058 3910 901 142 67619 2131 008 122 304 815 90

Tabela 4 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 2400 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 252 148 58730 514 552 69 23958 1132 009 41 148 60 1

2 20 505 187 37030 649 611 69 23958 1150 010 54 131 58 1

3 30 757 229 30251 795 675 69 23958 1172 009 65 112 57 1

4 41 1036 279 26931 969 799 75 26042 1211 007 75 98 65 2

5 50 1263 327 25891 1135 849 80 27778 1261 005 82 88 75 35

6 60 1516 373 24604 1295 909 86 29861 1315 004 81 77 83 65

7 69 1743 421 24154 1462 1007 99 34375 1392 002 94 74 127 7

8 80 2021 478 23652 1660 1039 101 35069 1452 002 99 63 131 8

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

15

9 90 2274 525 23087 1823 1051 110 38194 1527 002 101 61 150 8

10 100 2525 567 22455 1969 1063 117 40625 1614 002 101 61 180 8

11 110 2778 614 22102 2132 1077 129 44792 1699 0 102 61 221 6

12 120 3032 659 21735 2288 1081 139 48264 1784 0 101 62 269 6

13 130 3283 712 21687 2472 1085 146 50694 1851 0 101 61 334 5

14 140 3539 758 21418 2632 1079 157 54514 1912 0 102 62 407 4

15 150 3788 802 21172 2785 1085 168 58333 2037 0 101 62 472 35

16 160 4043 839 20752 2913 1079 186 64583 2099 0 94 71 798 3

17 169 4270 889 20820 3087 1077 189 65625 2143 0 99 65 843 3

18 180 4548 950 20888 3299 1081 192 66667 2174 0 104 58 872 3

19 190 4801 1010 21037 3507 1085 194 67361 2215 002 109 51 881 4

20 200 5053 1070 21176 3715 1085 197 68403 2255 003 114 43 846 8

21 204 5161 1093 21178 3795 1077 198 68750 2255 004 117 396 847 75

Tabela 5 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 3800 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 9 360 317 88056 695 813 216 47368 1617 002 27 168 170 1

2 20 800 372 46500 816 855 218 47807 1628 002 33 159 199 1

3 30 1200 430 35833 943 915 221 48465 1642 0 38 152 228 1

4 40 1600 489 30563 1072 993 225 49342 1645 0 44 145 267 15

5 50 2000 549 27450 1204 1053 219 48026 1611 0 50 134 314 2

6 60 2401 617 25698 1353 1099 222 48684 1623 0 57 125 370 3

7 69 2760 684 24783 1500 1147 221 48465 1622 0 64 115 425 4

8 80 3201 768 23993 1684 1221 237 51974 1751 0 66 113 487 4

9 90 3600 847 23528 1857 1275 248 54386 1889 0 68 109 574 3

10 100 4002 930 23238 2039 1351 262 57456 1989 0 71 104 667 3

11 111 4441 1010 22743 2215 1439 273 59868 2057 0 76 97 765 2

12 120 4801 1090 22704 2390 1441 273 59868 2059 0 82 89 787 25

13 130 5201 1155 22207 2533 1495 278 60965 2085 0 88 80 862 2

14 141 5641 1272 22549 2789 1494 282 61842 2114 0 95 70 889 3

15 151 6041 1379 22827 3024 1509 283 62061 2136 002 102 60 905 5

16 160 6401 1483 23168 3252 1507 286 62719 2150 004 110 50 899 10

cd tabeli 4

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

16

Tabela 6 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 4000 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 455 365 80220 760 839 237 49375 1708 0 24 168 246 1

2 20 828 411 49638 856 877 243 50625 1735 0 27 163 252 1

3 30 1325 475 35849 990 937 248 51667 1772 0 30 157 360 1

4 40 1656 534 32246 1113 987 255 53125 1807 0 34 151 412 15

5 50 2073 570 27496 1188 1033 229 47708 1601 0 41 138 493 3

6 60 2526 644 25495 1342 1093 235 48958 1628 0 44 130 567 4

7 70 2899 708 24422 1475 1141 235 48958 1629 0 50 124 629 4

8 80 3311 789 23830 1644 1221 246 51250 1706 0 53 115 719 4

9 90 3769 873 23163 1819 1293 264 55000 1862 0 54 113 844 3

10 100 4179 952 22781 1983 1375 276 57500 1973 0 57 109 979 2

11 110 4552 1021 22430 2127 1487 285 59375 2031 0 62 103 1087 3

12 120 5013 1113 22202 2319 1513 286 59583 2046 0 67 94 1150 3

13 130 5457 1178 21587 2454 1593 290 60417 2083 0 71 86 1178 4

14 140 5840 1312 22466 2733 1587 293 61042 2104 0 77 73 1224 45

15 150 6256 1420 22698 2958 1593 294 61250 2127 002 81 65 1238 7

16 158 6504 1489 22894 3102 1583 296 61667 2124 003 86 56 1235 11

Tabela 7 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 4200 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 442 344 77828 683 821 205 40675 1429 004 31 162 178 0

2 20 884 400 45249 794 861 215 42659 1497 003 37 155 208 0

3 30 1326 483 36425 958 921 225 44643 1562 002 42 147 254 2

4 39 1724 574 33295 1139 983 240 47619 1679 0 46 139 285 2

5 50 2211 654 29579 1298 1059 258 51190 1793 0 51 132 328 25

6 60 2652 716 26998 1421 1093 239 47421 1624 0 60 119 376 4

7 70 3095 809 26139 1605 1161 240 47619 1641 0 68 108 437 5

8 80 3536 900 25452 1786 1227 247 49008 1693 0 74 99 489 6

9 90 3979 984 24730 1952 1305 265 52579 1850 0 76 97 565 5

10 100 4423 1078 24373 2139 1381 276 54762 1968 0 78 93 683 5

11 110 4865 1159 23823 2300 1501 289 57341 2028 0 85 84 822 4

12 120 5307 1243 23422 2466 1591 294 58333 2069 002 92 71 937 5

13 131 5794 1408 24301 2794 1569 297 58929 2086 004 101 60 945 8

14 138 6104 1527 25016 3030 1561 298 59127 2102 006 107 51 923 14

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

17

Na rysunkach od 1 do 3 przestawiono sporządzone na podstawie wynikoacutew badań eksperymentalnych charakterystyki obciążeniowe badanego silnika Fiat 13 Multijet dla prędkości obrotowych n = 1200 1750 2400 3800 4000 i 4200 obrmin Na cha-rakterystykach tych w funkcji zmiany obciążenia silnika wyrażonego użytecznym momentem obrotowym Mo pokazano przebiegi zmian godzinowego zużycia paliwa Gh jednostkowego zużycia paliwa ge i godzinowego zużycia powietrza Gpow

Rys 1 Charakterystyka obciążeniowa silnika Fiat 13 Multijet sporządzona dla prędkości

obrotowej n = 1200 i 1750 obrmin przy zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Rys 2 Charakterystyka obciążeniowa silnika Fiat 13 Multijet sporządzona dla prędkości

obrotowej n = 2400 i 3800 obrmin przy zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

18

Rys 3 Charakterystyka obciążeniowa silnika Fiat 13 Multijet sporządzona dla prędkości

obrotowej n = 4000 i 4200 obrmin przy zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

PODSUMOWANIE

Silnik Fiat 13 Multijet będący obiektem badań jest jednym z najnowocześniej-szych silnikoacutew o zapłonie samoczynny ktoacutery stanowi modernizację silnika o mocy 51 kW i momencie obrotowym 180 Nm Zwiększenie mocy do 66 kW i momentu obrotowego do 200 Nm osiągnięto drogą doskonalenia systemu spalania zwięk-szenia ciśnienia wtrysku paliwa do 160 MPa oraz przez zastosowanie turbosprężarki o zmiennej geometrii łopatek kierownicy Ponadto w wersji wyposażonej w filtr czą-stek stałych zwiększono ilość etapoacutew wtryskoacutew przypadających na cykl pracy silnika z trzech do maksymalnie pięciu co związane jest z regeneracją filtra cząstek stałych

Otrzymane wyniki badań hamownianych silnika 13 Multijet potwierdzają wy-sokie osiągi badanego silnika przy niewielkiej emisji szkodliwych składnikoacutew spa-lin Silnik charakteryzuje się dobrą elastycznością dzięki wysokiemu momentowi obrotowemu ktoacuterego wartość większą od Mo = 200 Nm uzyskano przy pracy silni-ka według charakterystyk obciążeniowych przy prędkościach obrotowych n = 1750 obrmin i n = 2400 obrmin Minimalne jednostkowe zużycie paliwa ge = 20752 gkWmiddoth silnik uzyskał przy prędkości obrotowej n = 2400 obrmin Uzyskana wartość momentu obrotowego w tych warunkach pracy silnika to M o = 160 Nm Największe znaczenie ze względu na ochronę naturalnego środowiska człowieka w przypad-ku silnikoacutew o zapłonie samoczynnym ma emisja tlenkoacutew azotu i cząstek stałych Dla przeprowadzonego zakresu badań największe wartości stężenia tlenkoacutew azotu uzyskano przy pracy silnika według charakterystyki obciążeniowej przy prędkości obrotowej n = 4000 obrmin Ponadto z wynikoacutew pomiaroacutew widać że silnik cha-rakteryzuje się minimalną emisją tlenku węgla Wynika to z tego że silnik pracuje ze znacznym nadmiarem powietrza podczas procesu spalania a paliwo wtryskiwane

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

19

jest pod wysokim ciśnieniem do komory spalania umieszczonej w denku tłoka i łatwo ulega wymieszaniu z powietrzem Zastosowanie bezpośredniego wtrysku pa-liwa wysokociśnieniowego układu zasilania Common Rail turbosprężarki z stero-wanym wydatkiem układu recyrkulacji z chłodzeniem recyrkulowanych spalin ka-talizatora z sondą lambda w układzie wydechowym oraz zaawansowanego systemu sterowania wymienionymi układami i podzespołami pozwoliło na spełnienie przez niego wysokich wymagań dotyczących wskaźnikoacutew ekonomiczno-energetycznych i ekologicznych

LITERATURA

1 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P Examination of fast-changing quantities in engine with common rail injection system Journal of KONES Powertrain and transport vol 17 no3 Warsaw 2010

2 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P External speed characteristics in engine with multi-stage fuel injection Journal of KONES Powertrain and transport vol 17 no1 Warsaw 2010

3 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P Ocena parametroacutew pracy wieloetapowo zasilanego silnika 13 Multijet Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdoacutew 1(82)2011

4 Basshuysen R Ottomotor mit Direkteinspritzung Friedr Vieweg amp Sohn Verlag - GWV Fachverlage GmbH Wiesbaden 2007

5 Brzeżański M Śliwiński K Downsizing ndash nowy kierunek rozwoju silnikoacutew samocho-dowych Silniki Spalinowe nr 22004 (119)

6 Golloch R Downsizing bei Verbrennungsmotoren Springer Verlag 20057 Golloch R Merker G P Downsizing bei Verbrennungsmotoren ndash Grundlagen Stand

der Technik und zukuumlnftige Konzepte In MTZ 66 (2005) nr 28 Imarisio R Giardina-Papa P Siracusa M The new 13 L 90 PS diesel engine Silniki

Spalinowe nr 32005 (122)9 Merkisz J Rozwoacutej silnikoacutew spalinowych w aspekcie ich ekologii Zeszyty Naukowe

Instytutu Pojazdoacutew 2(78)201010 Pietras D Świątek P Doboacuter kalibracji sterowania silnika 13 Multijet w aspekcie jego

osiągoacutew i składu spalin Silniki Spalinowe nr 22008 (133)11 Rokosch U Układy oczyszczania spalin i pokładowe systemy diagnostyczne samocho-

doacutew OBD Wydawnictwo Komunikacji i Łączności Warszawa 2007

LOAD CHARACTERISTICS OF TURBOCHARGED 13 MULTIJET ENGINE

Abstract

The paper presents the results of test bench investigations into compression ignition 13 Multijet engine with multistage fuel injection which is manufactured in Poland by Fiat-GM Powertrain Polska Company The tests were conducted at the stand constructed at the Heat Engines Labora-tory of the Kielce University of Technology The scope of investigations included determining

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

20

economic and energetic parameters of the engine work and also environmental parameters such as the concentration of nitrogen oxides NOx carbon monoxide CO and carbon dioxide CO2 in exhaust gases and exhaust gas smokiness During the tests the engine operated under load condi-tions at the crankshaft rotational speed n = 1200 1750 2400 3800 4000 and 4200 rpm Such values of speed were selected because of the multi-stage fuel injection and the enginersquos being able to reach the maximum torque Mo = 200 Nm at the crankshaft rotational speed n = 1750 rpm and the maximum power output Ne = 66 kW delivered at n = 4000 rpm

Key words piston internal combustion engine engine characteristics engine work parameters test bench investigations

Page 8: Andrzej Ambrozik , Tomasz Ambrozik , Dariusz Kurczyński Piotr …yadda.icm.edu.pl/yadda/element/bwmeta1.element.baztech... · 2013. 7. 3. · POSTĘPY N AUKI I TECHNIKI NR 1, 2012

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

14

Tabela 3 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 1750 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 184 100 54348 476 418 40 19048 1011 020 50 133 40 0

2 21 386 140 36269 667 460 42 20000 1027 027 70 103 29 0

3 30 552 171 30978 814 504 44 20952 1054 017 80 89 28 0

4 41 755 208 27550 990 560 51 24286 1105 008 86 81 38 25

5 49 902 237 26275 1129 621 58 27619 1155 004 89 78 69 50

6 59 1087 268 24655 1276 673 62 29524 1206 003 94 71 98 60

7 70 1289 310 24050 1476 763 68 32381 1276 002 100 63 124 60

8 80 1474 349 23677 1662 821 72 34286 1353 002 102 59 167 55

9 90 1658 386 23281 1838 851 80 38095 1440 0 103 58 216 50

10 99 1824 426 23355 2029 863 89 42381 1536 0 102 59 281 40

11 110 2026 468 23100 2229 891 96 45714 1624 0 103 58 346 40

12 120 2211 508 22976 2419 881 104 49524 1720 0 102 60 427 35

13 131 2415 545 22567 2595 897 119 56667 1855 0 95 70 670 40

14 140 2581 576 22317 2743 889 118 56190 1808 0 97 67 763 35

15 150 2763 604 21860 2876 889 125 59524 1880 0 101 60 805 35

16 160 2949 638 21634 3038 899 129 61429 1923 0 105 55 835 40

17 170 3134 683 21793 3252 903 133 63333 1988 002 108 50 847 40

18 180 3316 727 21924 3462 897 137 65238 2065 002 111 46 875 45

19 190 3500 767 21914 3652 903 142 67619 2109 004 116 394 833 60

20 202 3722 821 22058 3910 901 142 67619 2131 008 122 304 815 90

Tabela 4 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 2400 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 252 148 58730 514 552 69 23958 1132 009 41 148 60 1

2 20 505 187 37030 649 611 69 23958 1150 010 54 131 58 1

3 30 757 229 30251 795 675 69 23958 1172 009 65 112 57 1

4 41 1036 279 26931 969 799 75 26042 1211 007 75 98 65 2

5 50 1263 327 25891 1135 849 80 27778 1261 005 82 88 75 35

6 60 1516 373 24604 1295 909 86 29861 1315 004 81 77 83 65

7 69 1743 421 24154 1462 1007 99 34375 1392 002 94 74 127 7

8 80 2021 478 23652 1660 1039 101 35069 1452 002 99 63 131 8

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

15

9 90 2274 525 23087 1823 1051 110 38194 1527 002 101 61 150 8

10 100 2525 567 22455 1969 1063 117 40625 1614 002 101 61 180 8

11 110 2778 614 22102 2132 1077 129 44792 1699 0 102 61 221 6

12 120 3032 659 21735 2288 1081 139 48264 1784 0 101 62 269 6

13 130 3283 712 21687 2472 1085 146 50694 1851 0 101 61 334 5

14 140 3539 758 21418 2632 1079 157 54514 1912 0 102 62 407 4

15 150 3788 802 21172 2785 1085 168 58333 2037 0 101 62 472 35

16 160 4043 839 20752 2913 1079 186 64583 2099 0 94 71 798 3

17 169 4270 889 20820 3087 1077 189 65625 2143 0 99 65 843 3

18 180 4548 950 20888 3299 1081 192 66667 2174 0 104 58 872 3

19 190 4801 1010 21037 3507 1085 194 67361 2215 002 109 51 881 4

20 200 5053 1070 21176 3715 1085 197 68403 2255 003 114 43 846 8

21 204 5161 1093 21178 3795 1077 198 68750 2255 004 117 396 847 75

Tabela 5 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 3800 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 9 360 317 88056 695 813 216 47368 1617 002 27 168 170 1

2 20 800 372 46500 816 855 218 47807 1628 002 33 159 199 1

3 30 1200 430 35833 943 915 221 48465 1642 0 38 152 228 1

4 40 1600 489 30563 1072 993 225 49342 1645 0 44 145 267 15

5 50 2000 549 27450 1204 1053 219 48026 1611 0 50 134 314 2

6 60 2401 617 25698 1353 1099 222 48684 1623 0 57 125 370 3

7 69 2760 684 24783 1500 1147 221 48465 1622 0 64 115 425 4

8 80 3201 768 23993 1684 1221 237 51974 1751 0 66 113 487 4

9 90 3600 847 23528 1857 1275 248 54386 1889 0 68 109 574 3

10 100 4002 930 23238 2039 1351 262 57456 1989 0 71 104 667 3

11 111 4441 1010 22743 2215 1439 273 59868 2057 0 76 97 765 2

12 120 4801 1090 22704 2390 1441 273 59868 2059 0 82 89 787 25

13 130 5201 1155 22207 2533 1495 278 60965 2085 0 88 80 862 2

14 141 5641 1272 22549 2789 1494 282 61842 2114 0 95 70 889 3

15 151 6041 1379 22827 3024 1509 283 62061 2136 002 102 60 905 5

16 160 6401 1483 23168 3252 1507 286 62719 2150 004 110 50 899 10

cd tabeli 4

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

16

Tabela 6 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 4000 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 455 365 80220 760 839 237 49375 1708 0 24 168 246 1

2 20 828 411 49638 856 877 243 50625 1735 0 27 163 252 1

3 30 1325 475 35849 990 937 248 51667 1772 0 30 157 360 1

4 40 1656 534 32246 1113 987 255 53125 1807 0 34 151 412 15

5 50 2073 570 27496 1188 1033 229 47708 1601 0 41 138 493 3

6 60 2526 644 25495 1342 1093 235 48958 1628 0 44 130 567 4

7 70 2899 708 24422 1475 1141 235 48958 1629 0 50 124 629 4

8 80 3311 789 23830 1644 1221 246 51250 1706 0 53 115 719 4

9 90 3769 873 23163 1819 1293 264 55000 1862 0 54 113 844 3

10 100 4179 952 22781 1983 1375 276 57500 1973 0 57 109 979 2

11 110 4552 1021 22430 2127 1487 285 59375 2031 0 62 103 1087 3

12 120 5013 1113 22202 2319 1513 286 59583 2046 0 67 94 1150 3

13 130 5457 1178 21587 2454 1593 290 60417 2083 0 71 86 1178 4

14 140 5840 1312 22466 2733 1587 293 61042 2104 0 77 73 1224 45

15 150 6256 1420 22698 2958 1593 294 61250 2127 002 81 65 1238 7

16 158 6504 1489 22894 3102 1583 296 61667 2124 003 86 56 1235 11

Tabela 7 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 4200 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 442 344 77828 683 821 205 40675 1429 004 31 162 178 0

2 20 884 400 45249 794 861 215 42659 1497 003 37 155 208 0

3 30 1326 483 36425 958 921 225 44643 1562 002 42 147 254 2

4 39 1724 574 33295 1139 983 240 47619 1679 0 46 139 285 2

5 50 2211 654 29579 1298 1059 258 51190 1793 0 51 132 328 25

6 60 2652 716 26998 1421 1093 239 47421 1624 0 60 119 376 4

7 70 3095 809 26139 1605 1161 240 47619 1641 0 68 108 437 5

8 80 3536 900 25452 1786 1227 247 49008 1693 0 74 99 489 6

9 90 3979 984 24730 1952 1305 265 52579 1850 0 76 97 565 5

10 100 4423 1078 24373 2139 1381 276 54762 1968 0 78 93 683 5

11 110 4865 1159 23823 2300 1501 289 57341 2028 0 85 84 822 4

12 120 5307 1243 23422 2466 1591 294 58333 2069 002 92 71 937 5

13 131 5794 1408 24301 2794 1569 297 58929 2086 004 101 60 945 8

14 138 6104 1527 25016 3030 1561 298 59127 2102 006 107 51 923 14

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

17

Na rysunkach od 1 do 3 przestawiono sporządzone na podstawie wynikoacutew badań eksperymentalnych charakterystyki obciążeniowe badanego silnika Fiat 13 Multijet dla prędkości obrotowych n = 1200 1750 2400 3800 4000 i 4200 obrmin Na cha-rakterystykach tych w funkcji zmiany obciążenia silnika wyrażonego użytecznym momentem obrotowym Mo pokazano przebiegi zmian godzinowego zużycia paliwa Gh jednostkowego zużycia paliwa ge i godzinowego zużycia powietrza Gpow

Rys 1 Charakterystyka obciążeniowa silnika Fiat 13 Multijet sporządzona dla prędkości

obrotowej n = 1200 i 1750 obrmin przy zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Rys 2 Charakterystyka obciążeniowa silnika Fiat 13 Multijet sporządzona dla prędkości

obrotowej n = 2400 i 3800 obrmin przy zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

18

Rys 3 Charakterystyka obciążeniowa silnika Fiat 13 Multijet sporządzona dla prędkości

obrotowej n = 4000 i 4200 obrmin przy zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

PODSUMOWANIE

Silnik Fiat 13 Multijet będący obiektem badań jest jednym z najnowocześniej-szych silnikoacutew o zapłonie samoczynny ktoacutery stanowi modernizację silnika o mocy 51 kW i momencie obrotowym 180 Nm Zwiększenie mocy do 66 kW i momentu obrotowego do 200 Nm osiągnięto drogą doskonalenia systemu spalania zwięk-szenia ciśnienia wtrysku paliwa do 160 MPa oraz przez zastosowanie turbosprężarki o zmiennej geometrii łopatek kierownicy Ponadto w wersji wyposażonej w filtr czą-stek stałych zwiększono ilość etapoacutew wtryskoacutew przypadających na cykl pracy silnika z trzech do maksymalnie pięciu co związane jest z regeneracją filtra cząstek stałych

Otrzymane wyniki badań hamownianych silnika 13 Multijet potwierdzają wy-sokie osiągi badanego silnika przy niewielkiej emisji szkodliwych składnikoacutew spa-lin Silnik charakteryzuje się dobrą elastycznością dzięki wysokiemu momentowi obrotowemu ktoacuterego wartość większą od Mo = 200 Nm uzyskano przy pracy silni-ka według charakterystyk obciążeniowych przy prędkościach obrotowych n = 1750 obrmin i n = 2400 obrmin Minimalne jednostkowe zużycie paliwa ge = 20752 gkWmiddoth silnik uzyskał przy prędkości obrotowej n = 2400 obrmin Uzyskana wartość momentu obrotowego w tych warunkach pracy silnika to M o = 160 Nm Największe znaczenie ze względu na ochronę naturalnego środowiska człowieka w przypad-ku silnikoacutew o zapłonie samoczynnym ma emisja tlenkoacutew azotu i cząstek stałych Dla przeprowadzonego zakresu badań największe wartości stężenia tlenkoacutew azotu uzyskano przy pracy silnika według charakterystyki obciążeniowej przy prędkości obrotowej n = 4000 obrmin Ponadto z wynikoacutew pomiaroacutew widać że silnik cha-rakteryzuje się minimalną emisją tlenku węgla Wynika to z tego że silnik pracuje ze znacznym nadmiarem powietrza podczas procesu spalania a paliwo wtryskiwane

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

19

jest pod wysokim ciśnieniem do komory spalania umieszczonej w denku tłoka i łatwo ulega wymieszaniu z powietrzem Zastosowanie bezpośredniego wtrysku pa-liwa wysokociśnieniowego układu zasilania Common Rail turbosprężarki z stero-wanym wydatkiem układu recyrkulacji z chłodzeniem recyrkulowanych spalin ka-talizatora z sondą lambda w układzie wydechowym oraz zaawansowanego systemu sterowania wymienionymi układami i podzespołami pozwoliło na spełnienie przez niego wysokich wymagań dotyczących wskaźnikoacutew ekonomiczno-energetycznych i ekologicznych

LITERATURA

1 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P Examination of fast-changing quantities in engine with common rail injection system Journal of KONES Powertrain and transport vol 17 no3 Warsaw 2010

2 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P External speed characteristics in engine with multi-stage fuel injection Journal of KONES Powertrain and transport vol 17 no1 Warsaw 2010

3 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P Ocena parametroacutew pracy wieloetapowo zasilanego silnika 13 Multijet Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdoacutew 1(82)2011

4 Basshuysen R Ottomotor mit Direkteinspritzung Friedr Vieweg amp Sohn Verlag - GWV Fachverlage GmbH Wiesbaden 2007

5 Brzeżański M Śliwiński K Downsizing ndash nowy kierunek rozwoju silnikoacutew samocho-dowych Silniki Spalinowe nr 22004 (119)

6 Golloch R Downsizing bei Verbrennungsmotoren Springer Verlag 20057 Golloch R Merker G P Downsizing bei Verbrennungsmotoren ndash Grundlagen Stand

der Technik und zukuumlnftige Konzepte In MTZ 66 (2005) nr 28 Imarisio R Giardina-Papa P Siracusa M The new 13 L 90 PS diesel engine Silniki

Spalinowe nr 32005 (122)9 Merkisz J Rozwoacutej silnikoacutew spalinowych w aspekcie ich ekologii Zeszyty Naukowe

Instytutu Pojazdoacutew 2(78)201010 Pietras D Świątek P Doboacuter kalibracji sterowania silnika 13 Multijet w aspekcie jego

osiągoacutew i składu spalin Silniki Spalinowe nr 22008 (133)11 Rokosch U Układy oczyszczania spalin i pokładowe systemy diagnostyczne samocho-

doacutew OBD Wydawnictwo Komunikacji i Łączności Warszawa 2007

LOAD CHARACTERISTICS OF TURBOCHARGED 13 MULTIJET ENGINE

Abstract

The paper presents the results of test bench investigations into compression ignition 13 Multijet engine with multistage fuel injection which is manufactured in Poland by Fiat-GM Powertrain Polska Company The tests were conducted at the stand constructed at the Heat Engines Labora-tory of the Kielce University of Technology The scope of investigations included determining

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

20

economic and energetic parameters of the engine work and also environmental parameters such as the concentration of nitrogen oxides NOx carbon monoxide CO and carbon dioxide CO2 in exhaust gases and exhaust gas smokiness During the tests the engine operated under load condi-tions at the crankshaft rotational speed n = 1200 1750 2400 3800 4000 and 4200 rpm Such values of speed were selected because of the multi-stage fuel injection and the enginersquos being able to reach the maximum torque Mo = 200 Nm at the crankshaft rotational speed n = 1750 rpm and the maximum power output Ne = 66 kW delivered at n = 4000 rpm

Key words piston internal combustion engine engine characteristics engine work parameters test bench investigations

Page 9: Andrzej Ambrozik , Tomasz Ambrozik , Dariusz Kurczyński Piotr …yadda.icm.edu.pl/yadda/element/bwmeta1.element.baztech... · 2013. 7. 3. · POSTĘPY N AUKI I TECHNIKI NR 1, 2012

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

15

9 90 2274 525 23087 1823 1051 110 38194 1527 002 101 61 150 8

10 100 2525 567 22455 1969 1063 117 40625 1614 002 101 61 180 8

11 110 2778 614 22102 2132 1077 129 44792 1699 0 102 61 221 6

12 120 3032 659 21735 2288 1081 139 48264 1784 0 101 62 269 6

13 130 3283 712 21687 2472 1085 146 50694 1851 0 101 61 334 5

14 140 3539 758 21418 2632 1079 157 54514 1912 0 102 62 407 4

15 150 3788 802 21172 2785 1085 168 58333 2037 0 101 62 472 35

16 160 4043 839 20752 2913 1079 186 64583 2099 0 94 71 798 3

17 169 4270 889 20820 3087 1077 189 65625 2143 0 99 65 843 3

18 180 4548 950 20888 3299 1081 192 66667 2174 0 104 58 872 3

19 190 4801 1010 21037 3507 1085 194 67361 2215 002 109 51 881 4

20 200 5053 1070 21176 3715 1085 197 68403 2255 003 114 43 846 8

21 204 5161 1093 21178 3795 1077 198 68750 2255 004 117 396 847 75

Tabela 5 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 3800 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 9 360 317 88056 695 813 216 47368 1617 002 27 168 170 1

2 20 800 372 46500 816 855 218 47807 1628 002 33 159 199 1

3 30 1200 430 35833 943 915 221 48465 1642 0 38 152 228 1

4 40 1600 489 30563 1072 993 225 49342 1645 0 44 145 267 15

5 50 2000 549 27450 1204 1053 219 48026 1611 0 50 134 314 2

6 60 2401 617 25698 1353 1099 222 48684 1623 0 57 125 370 3

7 69 2760 684 24783 1500 1147 221 48465 1622 0 64 115 425 4

8 80 3201 768 23993 1684 1221 237 51974 1751 0 66 113 487 4

9 90 3600 847 23528 1857 1275 248 54386 1889 0 68 109 574 3

10 100 4002 930 23238 2039 1351 262 57456 1989 0 71 104 667 3

11 111 4441 1010 22743 2215 1439 273 59868 2057 0 76 97 765 2

12 120 4801 1090 22704 2390 1441 273 59868 2059 0 82 89 787 25

13 130 5201 1155 22207 2533 1495 278 60965 2085 0 88 80 862 2

14 141 5641 1272 22549 2789 1494 282 61842 2114 0 95 70 889 3

15 151 6041 1379 22827 3024 1509 283 62061 2136 002 102 60 905 5

16 160 6401 1483 23168 3252 1507 286 62719 2150 004 110 50 899 10

cd tabeli 4

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

16

Tabela 6 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 4000 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 455 365 80220 760 839 237 49375 1708 0 24 168 246 1

2 20 828 411 49638 856 877 243 50625 1735 0 27 163 252 1

3 30 1325 475 35849 990 937 248 51667 1772 0 30 157 360 1

4 40 1656 534 32246 1113 987 255 53125 1807 0 34 151 412 15

5 50 2073 570 27496 1188 1033 229 47708 1601 0 41 138 493 3

6 60 2526 644 25495 1342 1093 235 48958 1628 0 44 130 567 4

7 70 2899 708 24422 1475 1141 235 48958 1629 0 50 124 629 4

8 80 3311 789 23830 1644 1221 246 51250 1706 0 53 115 719 4

9 90 3769 873 23163 1819 1293 264 55000 1862 0 54 113 844 3

10 100 4179 952 22781 1983 1375 276 57500 1973 0 57 109 979 2

11 110 4552 1021 22430 2127 1487 285 59375 2031 0 62 103 1087 3

12 120 5013 1113 22202 2319 1513 286 59583 2046 0 67 94 1150 3

13 130 5457 1178 21587 2454 1593 290 60417 2083 0 71 86 1178 4

14 140 5840 1312 22466 2733 1587 293 61042 2104 0 77 73 1224 45

15 150 6256 1420 22698 2958 1593 294 61250 2127 002 81 65 1238 7

16 158 6504 1489 22894 3102 1583 296 61667 2124 003 86 56 1235 11

Tabela 7 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 4200 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 442 344 77828 683 821 205 40675 1429 004 31 162 178 0

2 20 884 400 45249 794 861 215 42659 1497 003 37 155 208 0

3 30 1326 483 36425 958 921 225 44643 1562 002 42 147 254 2

4 39 1724 574 33295 1139 983 240 47619 1679 0 46 139 285 2

5 50 2211 654 29579 1298 1059 258 51190 1793 0 51 132 328 25

6 60 2652 716 26998 1421 1093 239 47421 1624 0 60 119 376 4

7 70 3095 809 26139 1605 1161 240 47619 1641 0 68 108 437 5

8 80 3536 900 25452 1786 1227 247 49008 1693 0 74 99 489 6

9 90 3979 984 24730 1952 1305 265 52579 1850 0 76 97 565 5

10 100 4423 1078 24373 2139 1381 276 54762 1968 0 78 93 683 5

11 110 4865 1159 23823 2300 1501 289 57341 2028 0 85 84 822 4

12 120 5307 1243 23422 2466 1591 294 58333 2069 002 92 71 937 5

13 131 5794 1408 24301 2794 1569 297 58929 2086 004 101 60 945 8

14 138 6104 1527 25016 3030 1561 298 59127 2102 006 107 51 923 14

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

17

Na rysunkach od 1 do 3 przestawiono sporządzone na podstawie wynikoacutew badań eksperymentalnych charakterystyki obciążeniowe badanego silnika Fiat 13 Multijet dla prędkości obrotowych n = 1200 1750 2400 3800 4000 i 4200 obrmin Na cha-rakterystykach tych w funkcji zmiany obciążenia silnika wyrażonego użytecznym momentem obrotowym Mo pokazano przebiegi zmian godzinowego zużycia paliwa Gh jednostkowego zużycia paliwa ge i godzinowego zużycia powietrza Gpow

Rys 1 Charakterystyka obciążeniowa silnika Fiat 13 Multijet sporządzona dla prędkości

obrotowej n = 1200 i 1750 obrmin przy zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Rys 2 Charakterystyka obciążeniowa silnika Fiat 13 Multijet sporządzona dla prędkości

obrotowej n = 2400 i 3800 obrmin przy zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

18

Rys 3 Charakterystyka obciążeniowa silnika Fiat 13 Multijet sporządzona dla prędkości

obrotowej n = 4000 i 4200 obrmin przy zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

PODSUMOWANIE

Silnik Fiat 13 Multijet będący obiektem badań jest jednym z najnowocześniej-szych silnikoacutew o zapłonie samoczynny ktoacutery stanowi modernizację silnika o mocy 51 kW i momencie obrotowym 180 Nm Zwiększenie mocy do 66 kW i momentu obrotowego do 200 Nm osiągnięto drogą doskonalenia systemu spalania zwięk-szenia ciśnienia wtrysku paliwa do 160 MPa oraz przez zastosowanie turbosprężarki o zmiennej geometrii łopatek kierownicy Ponadto w wersji wyposażonej w filtr czą-stek stałych zwiększono ilość etapoacutew wtryskoacutew przypadających na cykl pracy silnika z trzech do maksymalnie pięciu co związane jest z regeneracją filtra cząstek stałych

Otrzymane wyniki badań hamownianych silnika 13 Multijet potwierdzają wy-sokie osiągi badanego silnika przy niewielkiej emisji szkodliwych składnikoacutew spa-lin Silnik charakteryzuje się dobrą elastycznością dzięki wysokiemu momentowi obrotowemu ktoacuterego wartość większą od Mo = 200 Nm uzyskano przy pracy silni-ka według charakterystyk obciążeniowych przy prędkościach obrotowych n = 1750 obrmin i n = 2400 obrmin Minimalne jednostkowe zużycie paliwa ge = 20752 gkWmiddoth silnik uzyskał przy prędkości obrotowej n = 2400 obrmin Uzyskana wartość momentu obrotowego w tych warunkach pracy silnika to M o = 160 Nm Największe znaczenie ze względu na ochronę naturalnego środowiska człowieka w przypad-ku silnikoacutew o zapłonie samoczynnym ma emisja tlenkoacutew azotu i cząstek stałych Dla przeprowadzonego zakresu badań największe wartości stężenia tlenkoacutew azotu uzyskano przy pracy silnika według charakterystyki obciążeniowej przy prędkości obrotowej n = 4000 obrmin Ponadto z wynikoacutew pomiaroacutew widać że silnik cha-rakteryzuje się minimalną emisją tlenku węgla Wynika to z tego że silnik pracuje ze znacznym nadmiarem powietrza podczas procesu spalania a paliwo wtryskiwane

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

19

jest pod wysokim ciśnieniem do komory spalania umieszczonej w denku tłoka i łatwo ulega wymieszaniu z powietrzem Zastosowanie bezpośredniego wtrysku pa-liwa wysokociśnieniowego układu zasilania Common Rail turbosprężarki z stero-wanym wydatkiem układu recyrkulacji z chłodzeniem recyrkulowanych spalin ka-talizatora z sondą lambda w układzie wydechowym oraz zaawansowanego systemu sterowania wymienionymi układami i podzespołami pozwoliło na spełnienie przez niego wysokich wymagań dotyczących wskaźnikoacutew ekonomiczno-energetycznych i ekologicznych

LITERATURA

1 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P Examination of fast-changing quantities in engine with common rail injection system Journal of KONES Powertrain and transport vol 17 no3 Warsaw 2010

2 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P External speed characteristics in engine with multi-stage fuel injection Journal of KONES Powertrain and transport vol 17 no1 Warsaw 2010

3 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P Ocena parametroacutew pracy wieloetapowo zasilanego silnika 13 Multijet Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdoacutew 1(82)2011

4 Basshuysen R Ottomotor mit Direkteinspritzung Friedr Vieweg amp Sohn Verlag - GWV Fachverlage GmbH Wiesbaden 2007

5 Brzeżański M Śliwiński K Downsizing ndash nowy kierunek rozwoju silnikoacutew samocho-dowych Silniki Spalinowe nr 22004 (119)

6 Golloch R Downsizing bei Verbrennungsmotoren Springer Verlag 20057 Golloch R Merker G P Downsizing bei Verbrennungsmotoren ndash Grundlagen Stand

der Technik und zukuumlnftige Konzepte In MTZ 66 (2005) nr 28 Imarisio R Giardina-Papa P Siracusa M The new 13 L 90 PS diesel engine Silniki

Spalinowe nr 32005 (122)9 Merkisz J Rozwoacutej silnikoacutew spalinowych w aspekcie ich ekologii Zeszyty Naukowe

Instytutu Pojazdoacutew 2(78)201010 Pietras D Świątek P Doboacuter kalibracji sterowania silnika 13 Multijet w aspekcie jego

osiągoacutew i składu spalin Silniki Spalinowe nr 22008 (133)11 Rokosch U Układy oczyszczania spalin i pokładowe systemy diagnostyczne samocho-

doacutew OBD Wydawnictwo Komunikacji i Łączności Warszawa 2007

LOAD CHARACTERISTICS OF TURBOCHARGED 13 MULTIJET ENGINE

Abstract

The paper presents the results of test bench investigations into compression ignition 13 Multijet engine with multistage fuel injection which is manufactured in Poland by Fiat-GM Powertrain Polska Company The tests were conducted at the stand constructed at the Heat Engines Labora-tory of the Kielce University of Technology The scope of investigations included determining

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

20

economic and energetic parameters of the engine work and also environmental parameters such as the concentration of nitrogen oxides NOx carbon monoxide CO and carbon dioxide CO2 in exhaust gases and exhaust gas smokiness During the tests the engine operated under load condi-tions at the crankshaft rotational speed n = 1200 1750 2400 3800 4000 and 4200 rpm Such values of speed were selected because of the multi-stage fuel injection and the enginersquos being able to reach the maximum torque Mo = 200 Nm at the crankshaft rotational speed n = 1750 rpm and the maximum power output Ne = 66 kW delivered at n = 4000 rpm

Key words piston internal combustion engine engine characteristics engine work parameters test bench investigations

Page 10: Andrzej Ambrozik , Tomasz Ambrozik , Dariusz Kurczyński Piotr …yadda.icm.edu.pl/yadda/element/bwmeta1.element.baztech... · 2013. 7. 3. · POSTĘPY N AUKI I TECHNIKI NR 1, 2012

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

16

Tabela 6 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 4000 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 455 365 80220 760 839 237 49375 1708 0 24 168 246 1

2 20 828 411 49638 856 877 243 50625 1735 0 27 163 252 1

3 30 1325 475 35849 990 937 248 51667 1772 0 30 157 360 1

4 40 1656 534 32246 1113 987 255 53125 1807 0 34 151 412 15

5 50 2073 570 27496 1188 1033 229 47708 1601 0 41 138 493 3

6 60 2526 644 25495 1342 1093 235 48958 1628 0 44 130 567 4

7 70 2899 708 24422 1475 1141 235 48958 1629 0 50 124 629 4

8 80 3311 789 23830 1644 1221 246 51250 1706 0 53 115 719 4

9 90 3769 873 23163 1819 1293 264 55000 1862 0 54 113 844 3

10 100 4179 952 22781 1983 1375 276 57500 1973 0 57 109 979 2

11 110 4552 1021 22430 2127 1487 285 59375 2031 0 62 103 1087 3

12 120 5013 1113 22202 2319 1513 286 59583 2046 0 67 94 1150 3

13 130 5457 1178 21587 2454 1593 290 60417 2083 0 71 86 1178 4

14 140 5840 1312 22466 2733 1587 293 61042 2104 0 77 73 1224 45

15 150 6256 1420 22698 2958 1593 294 61250 2127 002 81 65 1238 7

16 158 6504 1489 22894 3102 1583 296 61667 2124 003 86 56 1235 11

Tabela 7 Wybrane wskaźniki pracy silnika Fiat 13 Multijet pracującego według charak-terystyki obciążeniowej dla prędkości obrotowej n = 4200 obrmin i zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Lp Mo[Nm]

Ne[kW]

Gh[kgh]

ge[gkWh]

gc[mgcykl]

pw[MPa]

Gpow [kgh]

gpow[mgcykl]

pd [hPa]

CO[]

CO2[]

O2[]

NOx[ppm]

D[]

1 10 442 344 77828 683 821 205 40675 1429 004 31 162 178 0

2 20 884 400 45249 794 861 215 42659 1497 003 37 155 208 0

3 30 1326 483 36425 958 921 225 44643 1562 002 42 147 254 2

4 39 1724 574 33295 1139 983 240 47619 1679 0 46 139 285 2

5 50 2211 654 29579 1298 1059 258 51190 1793 0 51 132 328 25

6 60 2652 716 26998 1421 1093 239 47421 1624 0 60 119 376 4

7 70 3095 809 26139 1605 1161 240 47619 1641 0 68 108 437 5

8 80 3536 900 25452 1786 1227 247 49008 1693 0 74 99 489 6

9 90 3979 984 24730 1952 1305 265 52579 1850 0 76 97 565 5

10 100 4423 1078 24373 2139 1381 276 54762 1968 0 78 93 683 5

11 110 4865 1159 23823 2300 1501 289 57341 2028 0 85 84 822 4

12 120 5307 1243 23422 2466 1591 294 58333 2069 002 92 71 937 5

13 131 5794 1408 24301 2794 1569 297 58929 2086 004 101 60 945 8

14 138 6104 1527 25016 3030 1561 298 59127 2102 006 107 51 923 14

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

17

Na rysunkach od 1 do 3 przestawiono sporządzone na podstawie wynikoacutew badań eksperymentalnych charakterystyki obciążeniowe badanego silnika Fiat 13 Multijet dla prędkości obrotowych n = 1200 1750 2400 3800 4000 i 4200 obrmin Na cha-rakterystykach tych w funkcji zmiany obciążenia silnika wyrażonego użytecznym momentem obrotowym Mo pokazano przebiegi zmian godzinowego zużycia paliwa Gh jednostkowego zużycia paliwa ge i godzinowego zużycia powietrza Gpow

Rys 1 Charakterystyka obciążeniowa silnika Fiat 13 Multijet sporządzona dla prędkości

obrotowej n = 1200 i 1750 obrmin przy zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Rys 2 Charakterystyka obciążeniowa silnika Fiat 13 Multijet sporządzona dla prędkości

obrotowej n = 2400 i 3800 obrmin przy zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

18

Rys 3 Charakterystyka obciążeniowa silnika Fiat 13 Multijet sporządzona dla prędkości

obrotowej n = 4000 i 4200 obrmin przy zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

PODSUMOWANIE

Silnik Fiat 13 Multijet będący obiektem badań jest jednym z najnowocześniej-szych silnikoacutew o zapłonie samoczynny ktoacutery stanowi modernizację silnika o mocy 51 kW i momencie obrotowym 180 Nm Zwiększenie mocy do 66 kW i momentu obrotowego do 200 Nm osiągnięto drogą doskonalenia systemu spalania zwięk-szenia ciśnienia wtrysku paliwa do 160 MPa oraz przez zastosowanie turbosprężarki o zmiennej geometrii łopatek kierownicy Ponadto w wersji wyposażonej w filtr czą-stek stałych zwiększono ilość etapoacutew wtryskoacutew przypadających na cykl pracy silnika z trzech do maksymalnie pięciu co związane jest z regeneracją filtra cząstek stałych

Otrzymane wyniki badań hamownianych silnika 13 Multijet potwierdzają wy-sokie osiągi badanego silnika przy niewielkiej emisji szkodliwych składnikoacutew spa-lin Silnik charakteryzuje się dobrą elastycznością dzięki wysokiemu momentowi obrotowemu ktoacuterego wartość większą od Mo = 200 Nm uzyskano przy pracy silni-ka według charakterystyk obciążeniowych przy prędkościach obrotowych n = 1750 obrmin i n = 2400 obrmin Minimalne jednostkowe zużycie paliwa ge = 20752 gkWmiddoth silnik uzyskał przy prędkości obrotowej n = 2400 obrmin Uzyskana wartość momentu obrotowego w tych warunkach pracy silnika to M o = 160 Nm Największe znaczenie ze względu na ochronę naturalnego środowiska człowieka w przypad-ku silnikoacutew o zapłonie samoczynnym ma emisja tlenkoacutew azotu i cząstek stałych Dla przeprowadzonego zakresu badań największe wartości stężenia tlenkoacutew azotu uzyskano przy pracy silnika według charakterystyki obciążeniowej przy prędkości obrotowej n = 4000 obrmin Ponadto z wynikoacutew pomiaroacutew widać że silnik cha-rakteryzuje się minimalną emisją tlenku węgla Wynika to z tego że silnik pracuje ze znacznym nadmiarem powietrza podczas procesu spalania a paliwo wtryskiwane

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

19

jest pod wysokim ciśnieniem do komory spalania umieszczonej w denku tłoka i łatwo ulega wymieszaniu z powietrzem Zastosowanie bezpośredniego wtrysku pa-liwa wysokociśnieniowego układu zasilania Common Rail turbosprężarki z stero-wanym wydatkiem układu recyrkulacji z chłodzeniem recyrkulowanych spalin ka-talizatora z sondą lambda w układzie wydechowym oraz zaawansowanego systemu sterowania wymienionymi układami i podzespołami pozwoliło na spełnienie przez niego wysokich wymagań dotyczących wskaźnikoacutew ekonomiczno-energetycznych i ekologicznych

LITERATURA

1 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P Examination of fast-changing quantities in engine with common rail injection system Journal of KONES Powertrain and transport vol 17 no3 Warsaw 2010

2 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P External speed characteristics in engine with multi-stage fuel injection Journal of KONES Powertrain and transport vol 17 no1 Warsaw 2010

3 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P Ocena parametroacutew pracy wieloetapowo zasilanego silnika 13 Multijet Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdoacutew 1(82)2011

4 Basshuysen R Ottomotor mit Direkteinspritzung Friedr Vieweg amp Sohn Verlag - GWV Fachverlage GmbH Wiesbaden 2007

5 Brzeżański M Śliwiński K Downsizing ndash nowy kierunek rozwoju silnikoacutew samocho-dowych Silniki Spalinowe nr 22004 (119)

6 Golloch R Downsizing bei Verbrennungsmotoren Springer Verlag 20057 Golloch R Merker G P Downsizing bei Verbrennungsmotoren ndash Grundlagen Stand

der Technik und zukuumlnftige Konzepte In MTZ 66 (2005) nr 28 Imarisio R Giardina-Papa P Siracusa M The new 13 L 90 PS diesel engine Silniki

Spalinowe nr 32005 (122)9 Merkisz J Rozwoacutej silnikoacutew spalinowych w aspekcie ich ekologii Zeszyty Naukowe

Instytutu Pojazdoacutew 2(78)201010 Pietras D Świątek P Doboacuter kalibracji sterowania silnika 13 Multijet w aspekcie jego

osiągoacutew i składu spalin Silniki Spalinowe nr 22008 (133)11 Rokosch U Układy oczyszczania spalin i pokładowe systemy diagnostyczne samocho-

doacutew OBD Wydawnictwo Komunikacji i Łączności Warszawa 2007

LOAD CHARACTERISTICS OF TURBOCHARGED 13 MULTIJET ENGINE

Abstract

The paper presents the results of test bench investigations into compression ignition 13 Multijet engine with multistage fuel injection which is manufactured in Poland by Fiat-GM Powertrain Polska Company The tests were conducted at the stand constructed at the Heat Engines Labora-tory of the Kielce University of Technology The scope of investigations included determining

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

20

economic and energetic parameters of the engine work and also environmental parameters such as the concentration of nitrogen oxides NOx carbon monoxide CO and carbon dioxide CO2 in exhaust gases and exhaust gas smokiness During the tests the engine operated under load condi-tions at the crankshaft rotational speed n = 1200 1750 2400 3800 4000 and 4200 rpm Such values of speed were selected because of the multi-stage fuel injection and the enginersquos being able to reach the maximum torque Mo = 200 Nm at the crankshaft rotational speed n = 1750 rpm and the maximum power output Ne = 66 kW delivered at n = 4000 rpm

Key words piston internal combustion engine engine characteristics engine work parameters test bench investigations

Page 11: Andrzej Ambrozik , Tomasz Ambrozik , Dariusz Kurczyński Piotr …yadda.icm.edu.pl/yadda/element/bwmeta1.element.baztech... · 2013. 7. 3. · POSTĘPY N AUKI I TECHNIKI NR 1, 2012

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

17

Na rysunkach od 1 do 3 przestawiono sporządzone na podstawie wynikoacutew badań eksperymentalnych charakterystyki obciążeniowe badanego silnika Fiat 13 Multijet dla prędkości obrotowych n = 1200 1750 2400 3800 4000 i 4200 obrmin Na cha-rakterystykach tych w funkcji zmiany obciążenia silnika wyrażonego użytecznym momentem obrotowym Mo pokazano przebiegi zmian godzinowego zużycia paliwa Gh jednostkowego zużycia paliwa ge i godzinowego zużycia powietrza Gpow

Rys 1 Charakterystyka obciążeniowa silnika Fiat 13 Multijet sporządzona dla prędkości

obrotowej n = 1200 i 1750 obrmin przy zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Rys 2 Charakterystyka obciążeniowa silnika Fiat 13 Multijet sporządzona dla prędkości

obrotowej n = 2400 i 3800 obrmin przy zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

18

Rys 3 Charakterystyka obciążeniowa silnika Fiat 13 Multijet sporządzona dla prędkości

obrotowej n = 4000 i 4200 obrmin przy zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

PODSUMOWANIE

Silnik Fiat 13 Multijet będący obiektem badań jest jednym z najnowocześniej-szych silnikoacutew o zapłonie samoczynny ktoacutery stanowi modernizację silnika o mocy 51 kW i momencie obrotowym 180 Nm Zwiększenie mocy do 66 kW i momentu obrotowego do 200 Nm osiągnięto drogą doskonalenia systemu spalania zwięk-szenia ciśnienia wtrysku paliwa do 160 MPa oraz przez zastosowanie turbosprężarki o zmiennej geometrii łopatek kierownicy Ponadto w wersji wyposażonej w filtr czą-stek stałych zwiększono ilość etapoacutew wtryskoacutew przypadających na cykl pracy silnika z trzech do maksymalnie pięciu co związane jest z regeneracją filtra cząstek stałych

Otrzymane wyniki badań hamownianych silnika 13 Multijet potwierdzają wy-sokie osiągi badanego silnika przy niewielkiej emisji szkodliwych składnikoacutew spa-lin Silnik charakteryzuje się dobrą elastycznością dzięki wysokiemu momentowi obrotowemu ktoacuterego wartość większą od Mo = 200 Nm uzyskano przy pracy silni-ka według charakterystyk obciążeniowych przy prędkościach obrotowych n = 1750 obrmin i n = 2400 obrmin Minimalne jednostkowe zużycie paliwa ge = 20752 gkWmiddoth silnik uzyskał przy prędkości obrotowej n = 2400 obrmin Uzyskana wartość momentu obrotowego w tych warunkach pracy silnika to M o = 160 Nm Największe znaczenie ze względu na ochronę naturalnego środowiska człowieka w przypad-ku silnikoacutew o zapłonie samoczynnym ma emisja tlenkoacutew azotu i cząstek stałych Dla przeprowadzonego zakresu badań największe wartości stężenia tlenkoacutew azotu uzyskano przy pracy silnika według charakterystyki obciążeniowej przy prędkości obrotowej n = 4000 obrmin Ponadto z wynikoacutew pomiaroacutew widać że silnik cha-rakteryzuje się minimalną emisją tlenku węgla Wynika to z tego że silnik pracuje ze znacznym nadmiarem powietrza podczas procesu spalania a paliwo wtryskiwane

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

19

jest pod wysokim ciśnieniem do komory spalania umieszczonej w denku tłoka i łatwo ulega wymieszaniu z powietrzem Zastosowanie bezpośredniego wtrysku pa-liwa wysokociśnieniowego układu zasilania Common Rail turbosprężarki z stero-wanym wydatkiem układu recyrkulacji z chłodzeniem recyrkulowanych spalin ka-talizatora z sondą lambda w układzie wydechowym oraz zaawansowanego systemu sterowania wymienionymi układami i podzespołami pozwoliło na spełnienie przez niego wysokich wymagań dotyczących wskaźnikoacutew ekonomiczno-energetycznych i ekologicznych

LITERATURA

1 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P Examination of fast-changing quantities in engine with common rail injection system Journal of KONES Powertrain and transport vol 17 no3 Warsaw 2010

2 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P External speed characteristics in engine with multi-stage fuel injection Journal of KONES Powertrain and transport vol 17 no1 Warsaw 2010

3 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P Ocena parametroacutew pracy wieloetapowo zasilanego silnika 13 Multijet Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdoacutew 1(82)2011

4 Basshuysen R Ottomotor mit Direkteinspritzung Friedr Vieweg amp Sohn Verlag - GWV Fachverlage GmbH Wiesbaden 2007

5 Brzeżański M Śliwiński K Downsizing ndash nowy kierunek rozwoju silnikoacutew samocho-dowych Silniki Spalinowe nr 22004 (119)

6 Golloch R Downsizing bei Verbrennungsmotoren Springer Verlag 20057 Golloch R Merker G P Downsizing bei Verbrennungsmotoren ndash Grundlagen Stand

der Technik und zukuumlnftige Konzepte In MTZ 66 (2005) nr 28 Imarisio R Giardina-Papa P Siracusa M The new 13 L 90 PS diesel engine Silniki

Spalinowe nr 32005 (122)9 Merkisz J Rozwoacutej silnikoacutew spalinowych w aspekcie ich ekologii Zeszyty Naukowe

Instytutu Pojazdoacutew 2(78)201010 Pietras D Świątek P Doboacuter kalibracji sterowania silnika 13 Multijet w aspekcie jego

osiągoacutew i składu spalin Silniki Spalinowe nr 22008 (133)11 Rokosch U Układy oczyszczania spalin i pokładowe systemy diagnostyczne samocho-

doacutew OBD Wydawnictwo Komunikacji i Łączności Warszawa 2007

LOAD CHARACTERISTICS OF TURBOCHARGED 13 MULTIJET ENGINE

Abstract

The paper presents the results of test bench investigations into compression ignition 13 Multijet engine with multistage fuel injection which is manufactured in Poland by Fiat-GM Powertrain Polska Company The tests were conducted at the stand constructed at the Heat Engines Labora-tory of the Kielce University of Technology The scope of investigations included determining

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

20

economic and energetic parameters of the engine work and also environmental parameters such as the concentration of nitrogen oxides NOx carbon monoxide CO and carbon dioxide CO2 in exhaust gases and exhaust gas smokiness During the tests the engine operated under load condi-tions at the crankshaft rotational speed n = 1200 1750 2400 3800 4000 and 4200 rpm Such values of speed were selected because of the multi-stage fuel injection and the enginersquos being able to reach the maximum torque Mo = 200 Nm at the crankshaft rotational speed n = 1750 rpm and the maximum power output Ne = 66 kW delivered at n = 4000 rpm

Key words piston internal combustion engine engine characteristics engine work parameters test bench investigations

Page 12: Andrzej Ambrozik , Tomasz Ambrozik , Dariusz Kurczyński Piotr …yadda.icm.edu.pl/yadda/element/bwmeta1.element.baztech... · 2013. 7. 3. · POSTĘPY N AUKI I TECHNIKI NR 1, 2012

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

18

Rys 3 Charakterystyka obciążeniowa silnika Fiat 13 Multijet sporządzona dla prędkości

obrotowej n = 4000 i 4200 obrmin przy zasilaniu go olejem napędowym Ekodiesel

PODSUMOWANIE

Silnik Fiat 13 Multijet będący obiektem badań jest jednym z najnowocześniej-szych silnikoacutew o zapłonie samoczynny ktoacutery stanowi modernizację silnika o mocy 51 kW i momencie obrotowym 180 Nm Zwiększenie mocy do 66 kW i momentu obrotowego do 200 Nm osiągnięto drogą doskonalenia systemu spalania zwięk-szenia ciśnienia wtrysku paliwa do 160 MPa oraz przez zastosowanie turbosprężarki o zmiennej geometrii łopatek kierownicy Ponadto w wersji wyposażonej w filtr czą-stek stałych zwiększono ilość etapoacutew wtryskoacutew przypadających na cykl pracy silnika z trzech do maksymalnie pięciu co związane jest z regeneracją filtra cząstek stałych

Otrzymane wyniki badań hamownianych silnika 13 Multijet potwierdzają wy-sokie osiągi badanego silnika przy niewielkiej emisji szkodliwych składnikoacutew spa-lin Silnik charakteryzuje się dobrą elastycznością dzięki wysokiemu momentowi obrotowemu ktoacuterego wartość większą od Mo = 200 Nm uzyskano przy pracy silni-ka według charakterystyk obciążeniowych przy prędkościach obrotowych n = 1750 obrmin i n = 2400 obrmin Minimalne jednostkowe zużycie paliwa ge = 20752 gkWmiddoth silnik uzyskał przy prędkości obrotowej n = 2400 obrmin Uzyskana wartość momentu obrotowego w tych warunkach pracy silnika to M o = 160 Nm Największe znaczenie ze względu na ochronę naturalnego środowiska człowieka w przypad-ku silnikoacutew o zapłonie samoczynnym ma emisja tlenkoacutew azotu i cząstek stałych Dla przeprowadzonego zakresu badań największe wartości stężenia tlenkoacutew azotu uzyskano przy pracy silnika według charakterystyki obciążeniowej przy prędkości obrotowej n = 4000 obrmin Ponadto z wynikoacutew pomiaroacutew widać że silnik cha-rakteryzuje się minimalną emisją tlenku węgla Wynika to z tego że silnik pracuje ze znacznym nadmiarem powietrza podczas procesu spalania a paliwo wtryskiwane

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

19

jest pod wysokim ciśnieniem do komory spalania umieszczonej w denku tłoka i łatwo ulega wymieszaniu z powietrzem Zastosowanie bezpośredniego wtrysku pa-liwa wysokociśnieniowego układu zasilania Common Rail turbosprężarki z stero-wanym wydatkiem układu recyrkulacji z chłodzeniem recyrkulowanych spalin ka-talizatora z sondą lambda w układzie wydechowym oraz zaawansowanego systemu sterowania wymienionymi układami i podzespołami pozwoliło na spełnienie przez niego wysokich wymagań dotyczących wskaźnikoacutew ekonomiczno-energetycznych i ekologicznych

LITERATURA

1 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P Examination of fast-changing quantities in engine with common rail injection system Journal of KONES Powertrain and transport vol 17 no3 Warsaw 2010

2 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P External speed characteristics in engine with multi-stage fuel injection Journal of KONES Powertrain and transport vol 17 no1 Warsaw 2010

3 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P Ocena parametroacutew pracy wieloetapowo zasilanego silnika 13 Multijet Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdoacutew 1(82)2011

4 Basshuysen R Ottomotor mit Direkteinspritzung Friedr Vieweg amp Sohn Verlag - GWV Fachverlage GmbH Wiesbaden 2007

5 Brzeżański M Śliwiński K Downsizing ndash nowy kierunek rozwoju silnikoacutew samocho-dowych Silniki Spalinowe nr 22004 (119)

6 Golloch R Downsizing bei Verbrennungsmotoren Springer Verlag 20057 Golloch R Merker G P Downsizing bei Verbrennungsmotoren ndash Grundlagen Stand

der Technik und zukuumlnftige Konzepte In MTZ 66 (2005) nr 28 Imarisio R Giardina-Papa P Siracusa M The new 13 L 90 PS diesel engine Silniki

Spalinowe nr 32005 (122)9 Merkisz J Rozwoacutej silnikoacutew spalinowych w aspekcie ich ekologii Zeszyty Naukowe

Instytutu Pojazdoacutew 2(78)201010 Pietras D Świątek P Doboacuter kalibracji sterowania silnika 13 Multijet w aspekcie jego

osiągoacutew i składu spalin Silniki Spalinowe nr 22008 (133)11 Rokosch U Układy oczyszczania spalin i pokładowe systemy diagnostyczne samocho-

doacutew OBD Wydawnictwo Komunikacji i Łączności Warszawa 2007

LOAD CHARACTERISTICS OF TURBOCHARGED 13 MULTIJET ENGINE

Abstract

The paper presents the results of test bench investigations into compression ignition 13 Multijet engine with multistage fuel injection which is manufactured in Poland by Fiat-GM Powertrain Polska Company The tests were conducted at the stand constructed at the Heat Engines Labora-tory of the Kielce University of Technology The scope of investigations included determining

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

20

economic and energetic parameters of the engine work and also environmental parameters such as the concentration of nitrogen oxides NOx carbon monoxide CO and carbon dioxide CO2 in exhaust gases and exhaust gas smokiness During the tests the engine operated under load condi-tions at the crankshaft rotational speed n = 1200 1750 2400 3800 4000 and 4200 rpm Such values of speed were selected because of the multi-stage fuel injection and the enginersquos being able to reach the maximum torque Mo = 200 Nm at the crankshaft rotational speed n = 1750 rpm and the maximum power output Ne = 66 kW delivered at n = 4000 rpm

Key words piston internal combustion engine engine characteristics engine work parameters test bench investigations

Page 13: Andrzej Ambrozik , Tomasz Ambrozik , Dariusz Kurczyński Piotr …yadda.icm.edu.pl/yadda/element/bwmeta1.element.baztech... · 2013. 7. 3. · POSTĘPY N AUKI I TECHNIKI NR 1, 2012

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

19

jest pod wysokim ciśnieniem do komory spalania umieszczonej w denku tłoka i łatwo ulega wymieszaniu z powietrzem Zastosowanie bezpośredniego wtrysku pa-liwa wysokociśnieniowego układu zasilania Common Rail turbosprężarki z stero-wanym wydatkiem układu recyrkulacji z chłodzeniem recyrkulowanych spalin ka-talizatora z sondą lambda w układzie wydechowym oraz zaawansowanego systemu sterowania wymienionymi układami i podzespołami pozwoliło na spełnienie przez niego wysokich wymagań dotyczących wskaźnikoacutew ekonomiczno-energetycznych i ekologicznych

LITERATURA

1 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P Examination of fast-changing quantities in engine with common rail injection system Journal of KONES Powertrain and transport vol 17 no3 Warsaw 2010

2 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P External speed characteristics in engine with multi-stage fuel injection Journal of KONES Powertrain and transport vol 17 no1 Warsaw 2010

3 Ambrozik A Ambrozik T Kurczyński D Łagowski P Ocena parametroacutew pracy wieloetapowo zasilanego silnika 13 Multijet Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdoacutew 1(82)2011

4 Basshuysen R Ottomotor mit Direkteinspritzung Friedr Vieweg amp Sohn Verlag - GWV Fachverlage GmbH Wiesbaden 2007

5 Brzeżański M Śliwiński K Downsizing ndash nowy kierunek rozwoju silnikoacutew samocho-dowych Silniki Spalinowe nr 22004 (119)

6 Golloch R Downsizing bei Verbrennungsmotoren Springer Verlag 20057 Golloch R Merker G P Downsizing bei Verbrennungsmotoren ndash Grundlagen Stand

der Technik und zukuumlnftige Konzepte In MTZ 66 (2005) nr 28 Imarisio R Giardina-Papa P Siracusa M The new 13 L 90 PS diesel engine Silniki

Spalinowe nr 32005 (122)9 Merkisz J Rozwoacutej silnikoacutew spalinowych w aspekcie ich ekologii Zeszyty Naukowe

Instytutu Pojazdoacutew 2(78)201010 Pietras D Świątek P Doboacuter kalibracji sterowania silnika 13 Multijet w aspekcie jego

osiągoacutew i składu spalin Silniki Spalinowe nr 22008 (133)11 Rokosch U Układy oczyszczania spalin i pokładowe systemy diagnostyczne samocho-

doacutew OBD Wydawnictwo Komunikacji i Łączności Warszawa 2007

LOAD CHARACTERISTICS OF TURBOCHARGED 13 MULTIJET ENGINE

Abstract

The paper presents the results of test bench investigations into compression ignition 13 Multijet engine with multistage fuel injection which is manufactured in Poland by Fiat-GM Powertrain Polska Company The tests were conducted at the stand constructed at the Heat Engines Labora-tory of the Kielce University of Technology The scope of investigations included determining

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

20

economic and energetic parameters of the engine work and also environmental parameters such as the concentration of nitrogen oxides NOx carbon monoxide CO and carbon dioxide CO2 in exhaust gases and exhaust gas smokiness During the tests the engine operated under load condi-tions at the crankshaft rotational speed n = 1200 1750 2400 3800 4000 and 4200 rpm Such values of speed were selected because of the multi-stage fuel injection and the enginersquos being able to reach the maximum torque Mo = 200 Nm at the crankshaft rotational speed n = 1750 rpm and the maximum power output Ne = 66 kW delivered at n = 4000 rpm

Key words piston internal combustion engine engine characteristics engine work parameters test bench investigations

Page 14: Andrzej Ambrozik , Tomasz Ambrozik , Dariusz Kurczyński Piotr …yadda.icm.edu.pl/yadda/element/bwmeta1.element.baztech... · 2013. 7. 3. · POSTĘPY N AUKI I TECHNIKI NR 1, 2012

Postępy Nauki i Techniki nr 15 2012

20

economic and energetic parameters of the engine work and also environmental parameters such as the concentration of nitrogen oxides NOx carbon monoxide CO and carbon dioxide CO2 in exhaust gases and exhaust gas smokiness During the tests the engine operated under load condi-tions at the crankshaft rotational speed n = 1200 1750 2400 3800 4000 and 4200 rpm Such values of speed were selected because of the multi-stage fuel injection and the enginersquos being able to reach the maximum torque Mo = 200 Nm at the crankshaft rotational speed n = 1750 rpm and the maximum power output Ne = 66 kW delivered at n = 4000 rpm

Key words piston internal combustion engine engine characteristics engine work parameters test bench investigations