Politechnika Świętokrzyska Wydział Mechatroniki i Budowy Maszyn Katedra Mechatroniki Zakład Silników Cieplnych Laboratorium Silników Cieplnych			Stacjonarne				Mechanika i Budowa Maszyn
						Studia				Kierunek
						302MB, C				III / 5
						Grupa				Rok/Semestr
Ćwiczenie nr:		Temat ćwiczenia: Określenie składu spalin tłokowych silników spalinowych
7.12.2010		12.12.2010
Data wykonania		Data oddania sprawozdania		Zaliczenie		Podpis prowadzącego
Lp.	Nazwisko i imię				Podpis
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

• Temat:

Określenie składu spalin tłokowych silników spalinowych

• Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się studentów z przyczynami powstawania toksycznych składników ze spalania tłokowych silników spalinowych oraz metodami ich pomiaru.

• Teoria:

Analizator spalin - urządzenie do pomiaru zawartości O₂[%] w układzie pomiarowym. Spaliny przechodzą przez analizator następnie poprzez magnesy cząsteczki O₂ zostają wyłapywane i przechodzą przez cewkę. Co powoduje zmianę temperatury cewki co przekłada się na zmianie rezystancji, po podłączeniu z odpowiednim urządzeniem wskazującym możemy wskazać zawartość O₂ w spalinach.

Mechanizmy powstawania toksycznych składników spalin

Źródłami substancji zanieczyszczających, wydalanych do atmosfery przez silniki spali­nowe, są:

• układ wylotowy,

• skrzynia korbowa,

• układ zasilania w paliwo.

Podstawowym źródłem substancji toksycznych jest układ wylotowy. Zasadniczymi gazo­wymi składnikami toksycznymi spalin są: tlenek węgla CO, niespalone węglowodory HC oraz tlenki azotu NO_x. Ponadto powstają również (głównie w silnikach o zapłonie samoczyn­nym) cząstki stałe PM, których normy emisji coraz częściej zastępują normy dymienia.

Skład spalin emitowanych z układu wylotowego zależy w dużym stopniu od obiegu silni­ka oraz warunków jego pracy, a przede wszystkim od współczynnika nadmiaru powietrza X.

Jak wiadomo silniki o zapłonie samoczynnym pracują przy znacznie większych

W czasie procesu spalania w silniku tworzą się dwie grupy szkodliwych substancji:

produkty częściowego rozkładu i niezupełnego spalania paliwa, tlenki azotu.

Do pierwszej grupy zaliczamy tlenek węgla, węglowodory o różnej budowie i składzie chemicznym oraz sadza.

Do grupy drugiej zaliczamy tlenki azotu tworzące się podczas procesu spalania niezależ­nie od postaci i własności stosowanego paliwa.

Metody pomiaru związków toksycznych

Metody analizy spalin można podzielić na trzy podstawowe grupy:

• metody chemiczne, w których selektywnie dobrane substancje wiążą chemiczne po­szczególne składniki spalin, a zmniejszenie objętości próbki po przejściu przez roztwór danej substancji wyznacza ilość pochłoniętego składnika. Typowym analizatorem działa­jącym na tej zasadzie jest powszechnie znany tzw. Aparat Orsata stosowany dawniej do analizy gazów spalinowych w instalacjach kotłowych. Metody te, ze względu na dużą pracochłonność analizy, niezbyt dużą dokładność oraz trudność oznaczania składników występujących w ilościach poniżej 0,5% zostały całkowicie wyparte przez metody kolo­rymetryczne i metody fizyczne,

• metody kolorymetryczne, polegające na dobraniu związku selektywnie reagującego z wybranym składnikiem spalin i zmieniającego w wyniku tej reakcji zabarwienie. Inten­sywność zmiany zabarwienia zależna jest od ilości związanej substancji, przypadającej na jednostkę masy roztworu i może być dość precyzyjnie zmierzona przy użyciu fotometru. Metoda ta używana jest aktualnie do oznaczania aldehydów,

• metody fizyczne, wykorzystujące określoną cechę fizyczną danego składnika gazowego spalin, umożliwiającą jego identyfikację i określenie stężenia. Analizatory pozwalają na dokonanie bardzo precyzyjnych pomiarów, nawet przy bardzo małych stężeniach.

• Tabela z pomiarami:

Paliwo	n	CO	CO2	NOx	Hcppm
	[obr/min]	[%]	[%]	[ppm]	[ppm]
ON	1000	0,62	8,7	2161	44
		1200	0,7	9,2	2185	56
		1400	0,69	9,5	2211	48
		1600	0,58	9,7	2271	40
		1800	0,4	9,9	2168	33
		2000	0,22	9,8	2053	27
	B20 20% FAME 80% ON	1000	0,37	8	2499	18
		1200	0,54	8,9	2537	38
		1400	0,56	9,4	2649	42
		1600	0,44	9,8	2616	30
		1800	0,28	10,1	2460	21
		2000	0,17	9,8	2293	17

• Wnioski

Przy zawartości 20[%] czystego biodiesl'a zawartość tlenu węgla jest dużo mniejsza w spalinach niż w przypadku czystego ON. Największa różnica jest w zakresie obrotów n=1000, i wynosi 0,25. W przypadku CO₂ w zakresach n= 1000-1400 mniejsza zawartość dwutlenku węgla jest dla paliwa B20, sytuacja zmienia się od n=1600 gdzie zawartość dwutlenku węgla w spalinach jest niższa w przypadku paliwa ON. Można rzec że wartość CO₂ w przypadku ON jak i B20 są zbliżone. Zawartość NO_x jest znacznie większa w przypadku paliwa B20, w przypadku n=1400, wynosi ona aż 438 [ppm]. H_c jest wyższe dla ON, największa różnica dla n=1000, wynosi 26[ppm], najmniejsza dla 1400 i wynosi 8[ppm].

Paliwo B20 powoduje emisje średnio o 33% więcej tlenków azotu NO_x, za to mniej tlenku węgla i dwutlenku węgla.

Rys 1 . Schemat analizatora spalin

---