The paper presents an explanation of the formation process of toxic exhaust gas components during combustion process of oxygen-enriched mixtures in SI engine. In order to explain this phenomenon the simulation process was carried out, in which the experimental data from dynamometer tests of the 4-stroke SI engine were used. The tests were done at different oxygen volumetric ratios and at increased exhaust gas recirculation ratios until the mixture of oxygen and exhaust gases has not contained any nitrogen. The EGR system was applied in order to decrease gas temperature in the cylinder. Simulation of engine combustion process with oxygen-enriched mixture and with different EGR ratios was carried out by using the program Kiva3v for calculation of full engine phenomena with simple combustion model. This combustion model took into account 10 kinetic and equilibrium chemical reactions. Both experimental and simulation test indicated nonlinear variation of mole fractions of carbon monoxide and carbon dioxide with increasing of oxygen amount in the charge from 21% to 32% by volume. The engine has higher emission of carbon monoxide and carbon dioxide in comparison to the emission of the engine filling with air-fuel mixture in normal conditions. The paper explains from chemical reactions point of view a non-linear change of CO and CO2 emission in a function of the charge oxygen mass ratio at constant oxygen excess ratio. The paper presents the graphs showing variations of emission and volumetric concentration of chosen chemical species in the charge in a function of crank angles and variation of the engine parameters at different EGR and oxygen ratios in the engine charge.
Stosowane obecnie układy odzysku energii z maszyn cieplnych wykorzystują głównie dwa źródła energii. Pierwszym z nich jest energia kinetyczna spalin, a drugim energia cieplna unoszona ze spalinami i oddawana do układu chłodzenia. W celu zamiany tej odpadowej energii na pracę użyteczną lub prąd elektryczny stosowane są urządzenia wykorzystujące różne zjawiska fizyczne. Najszerzej stosowane układy tego typu wykorzystują energię kinetyczną spalin w turbosprężarkach. W bardziej zaawansowanych technicznie systemach wykorzystuje się odpadową energię cieplną, zamieniając ją na energię elektryczną korzystając np. z efektu Seebecka, zjawisk piezoelektrycznych lub zjawisk termochemicznych. W artykule zostały omówione układy odzysku odpadowej energii z silnika pojazdu, za pomocą takich urządzeń jak: turbina, generator termoelektryczny TEG (Thermoelectric Generator) lub ogniwo termo-foto-woltaiczne TPV (Thermophotovoltaic).
EN
Currently used systems for energy recovery from thermal machines primarily use mainly the two sources of energy. The first is the kinetic energy of the exhaust gases, and second heat carried away with the exhaust gas and returned to the cooling system. In order to convert this waste energy to useful work or electric current the devices using different physical phenomena are used. The most widely used systems of this type utilizes the kinetic energy of the exhaust gas in turbochargers. In the more technically advanced systems waste heat is utilized to change it to electric energy with use of for example the Seebeck effect, piezoelectric phenomena or thermochemical phenomena. The article discusses recovery systems of waste energy from the vehicle's engine, using equipment such as turbines, TEG (Thermoelectric Generator) or TPV (Thermophotovoltaic cell).
Jednym z najważniejszych priorytetów stawianych przed konstruktorami maszyn cieplnych jest zwiększenie ich sprawności oraz ograniczenie ich wpływu na środowisko przez zmniejszenie emisji szkodliwych związków do atmosfery i odpadowego ciepła. Ograniczenia te są wymuszone wzrostem cen paliw, jak i coraz bardziej rygorystycznym normom ekologicznym. Jednym ze sposobów realizacji tego celu jest stosowanie układów rekuperacji energii. Układy te stosowane są zarówno w instalacjach przemysłowych jak i w pojazdach samochodowych i maszynach roboczych. W przemysłowych agregatach prądotwórczych najczęściej stosuje się układy kogeneracyjne wykorzystujące ciepło odpadowe z silnika spalinowego w celach grzewczych lub ciepło odpadowe z procesów produkcyjnych bezpośrednio do wspomagania generowania prądu elektrycznego. Obecnie są opracowywane i częściowo wdrażane układy wykorzystujące obiegi teoretyczne Rankine’a, Ericssona i Stirlinga mające zapewnić dużą sprawność konwersji ciepła.
EN
One of the most important priorities placed before the thermal machine builders is increase in their efficiency and limitation of their influence on the environment by reduction of harmful components and waste heat emission to the atmosphere. These restrictions are enforced by rising fuel prices and increasingly stringent environmental standards. One of the ways of achieving this goal is the use of energy recovery systems. These systems are used in both industrial applications as well as in motor vehicles and working machines. In industrial generator sets are commonly used cogeneration systems that utilize waste heat from the combustion engine for heating purposes or waste heat from the production process directly as the aid to electric current generation. They are currently being developed and partially implemented systems using theoretical Rankine cycles, Ericsson, and Stirling to ensure high efficiency conversion of heat.
The paper presents a proof of explanation of the formation process of toxic exhaust gas components during combustion process of oxygen enriched mixtures in SI engine. In order to explain this phenomenon the simulation process was carried out, in which the experimental data from dynamometer tests of the 4-stroke SI engine were used. The test were done at different mole concentration of oxygen and at increased ratio of exhaust gas recirculation until the mixture of oxygen and exhaust gases has not contained any air. In simulation process one makes use of the computer program Kintecus ver.3.95, where the functions of kinetic combustion process of complex chemical reactions taken place during combustion of fuel mixture (gasoline) in SI engine. The paper presents the graphs showing variations of mole concentration of chosen chemical species in the charge in a function of time and variation of temperature in the cylinder.
PL
W artykule zaprezentowano próbę wyjaśnienia procesu tworzenia toksycznych związków spalin powstających w czasie spalania w silniku ZI mieszanek wzbogaconych w tlen. W celu wyjaśnienia tego procesu zastosowano symulację komputerową w której wykorzystano dane z badań silnikowych przeprowadzonych na hamowni silnikowej. Badania wykonywane były przy różnym stopniu stężenia tlenu oraz wzrastającym stopniu recyrkulacji, aż do uzyskania mieszanki spalinowo-tlenowej bez udziału powietrza. W procesie symulacji posłużono się programem Kintecus ver.3.95, w którym wykorzystano funkcje spalania kinetycznego złożonych reakcji chemicznych zachodzących podczas spalania mieszanki paliwowej w silniku ZI. W artykule przedstawiono wykresy zmiany udziałów molowych wybranych składników spalin w funkcji czasu oraz przebieg temperatury w cylindrze.
W artykule przedstawiono wstępne badania emisji składników spalin w gazach wylotowych silnika turbospalinowego Rolls-Royce Allison 250. Badania przeprowadzono w aspekcie oceny stanu technicznego silnika na podstawie porównania próbek gazów wylotowych pobieranych w różnych okresach eksploatacji silnika. Pomiary przeprowadzono w różnych stanach obciążenia silnika, zgodnie z przyjętą w badaniach silników lotniczych procedurą. W artykule zaprezentowano przykładowe wykresy zmian stężenia wybranych składników spalin otrzymane na podstawie badań.
EN
The preliminary investigations of the Rolls-Royce - Allison 250 turbine engine exhaust gas components have been presented in article. The investigations have been led in aspect of evaluation of engine technical state on the basis of the comparison of the exhaust gas samples drawn in different periods of engine exploitation. The measurements were conducted in different states of engine load according to the procedure generally accepted in aviation engines testing. The exemplary diagrams of the concentration of chosen exhaust gas components obtained on the basis of investigations have been also presented in article.
The results of a simulated investigation of work processes of an engine fed with oxygen enriched mixture have been presented in the paper. The aim of the investigation was the evaluation of the influence of an increased content of oxygen in the mixture on the course of the combustion, particularly temperature and pressure of the working medium as well as the parameters related to the engine operation. A determination of these parameters will allow defining the boundary parameters of mixture composition during test stand examinations.
PL
W artykule przedstawiono wyniki badań symulacyjnych procesów roboczych silnika zasilanego mieszanką o podwyższonej zawartości tlenu. Celem tych badań było oszacowanie wpływu zwiększonej zawartości tlenu w ładunku na przebieg spalania, a w szczególności temperatury i ciśnienia czynnika roboczego oraz wskaźników związanych z pracą silnika. Określenie wartości tych parametrów pozwoli na wyznaczenie granicznych parametrów składu mieszanki podczas badań stanowiskowych.
7
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Artykuł zawiera przegląd literatury wraz z analizą danych mający na celu zaprezentowanie stanu techniki związanego z zasilaniem silników spalinowych mieszanką z powietrzem wzbogaconym w tlen. W artykule omówiono zagadnienia związane zarówno z metodami pozyskiwania tlenu możliwymi do zastosowania w pojazdach, jak i wyniki badań symulacyjnych i doświadczalnych prowadzonych w różnych jednostkach badawczych.
EN
The analysis of possibilities of use of the fuel and oxygen enriched air mixture for combustion engine feeding has been presented in the article. Literature recognition, as well as the analysis of the results of simulation and test works led in different scientific laboratories have been presented. The article discusses also questions connected with oxygen gaining methods possible to apply in vehicles.
8
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The works carried out on combustion engine improvement are focused on increase of their efficiency, effective power, mass decrease, limiting of fuel consumption and reduction of toxicity and quantity of unwanted components of exhaust gases. The aim of these attempts is to satisfy the more and more rigorous regulations concerning environment protection. The basic method of power increase of engines concurrent with improvement of their characteristics lies in increase of a charge dose supplied to the cylinder. There are some ways to achieve this aim. One of this methods lies in increase of the coefficient of filling by growth of air density in the cylinder, another one is application of alternative fuels containing bigger amounts of oxygen compounds. There is still another method of increased oxygen dose as application of nitrogen suboxide N2O. The method up till now not used consists is supply of fuel air mixture enriched in oxygen. This permits to increase the engine power at concurrent decrease in emission of toxic components in exhaust gases. An evident positive of this method is the possibility of its application in automobile vehicles without lowering their traditional properties. Realization of this problem requires application of one of the two technologies of atmospheric oxygen separation. The first of these methods is oxygen separation by use of molecular sieves. This method is known as PSA method (Pressure Swing Adsorption). The other one makes use of oxygen separation from air by mines of membrane processes. There exists also a number of modifications of methods that base on molecular sieves – one of them being the ATF method ( Advanced Technology Fractionator) patented in the USA in 2004. All these methods are used to obtain oxygen applied in industrial processes. Apparatus used for medical purpose as well as the system know as OBOGS (On-Board Oxygen Generating) applied among others in aircraft F-16 for supply of pilot’s oxygen mask are an exception. In connection with the elaborated solution a patent application was made by the chief of the project consisting in adaptation of the ATF method to traction conditions. The carried investigations aim at checking the possibilities of engine power increase limit and influence of this increase on its mechanical and heat resistance and on exhaust gases toxicity. The results of these investigations will influence economical profitability of application of this method in the feeding system of automobile vehicles.
Producenci samochodów w Europie będą zobowiązani do spełnienia limitu emisji dwutlenku węgla, który dla testu NEDC w roku 2008 wynosić będzie 140 g/km, a w roku 2010 120 g/km. Aby spełnić te wymagania niezbędne jest wprowadzenie nowych rozwiązań znacznie ograniczających zużycie paliwa. Obecnie najbardziej efektywna metoda prowadząca do spełnienia tych wymagań jest określana w literaturze terminem "downsizing". Polega ona na zmniejszeniu objętości skokowej silnika, a wymagane wartości momentu obrotowego i mocy są osiągane dzięki doładowaniu. W artykule dokonano przeglądu obecnie stosowanych konstrukcji silników, w których zastosowano "downsizing". Zestawiono niektóre dane techniczne najnowszych pojazdów z tego typu silnikami.
EN
The European Automotive Industry is facing the challenge to reduce the CO2 emissions in the NEDC to 140 g/km in year 2008 and to 120 g/km in year 2010. In order to comply with those requirements, the introduction of fuel-efficient technologies is mandatory. Downsizing is a known way to reduce part load fuel consumption by combining significant displacement reduction with turbocharging, to achieve equivalent torque and power levels. The review of contemporary applied downsizing systems for combustion engines has been presented in article. The technical data of the chosen newest vehicles with downsizing systems have been also compared.
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Artykuł przedstawia opis budowy i zasadę działania dwusuwowego wielocylindrowego silnika o zmiennym skoku tłoków. Jedną z cech wyróżniających tą konstrukcję jest jej układ kinematyczny, w którym cylindry wraz z tłokami, umieszczone w wirniku o osiach równoległych do osi obrotu wirnika, poruszają się po okręgu, a tłoki pozostają cały czas w styku z jedną płaszczyzną. Ruch tłoków w cylindrach jest sterowany tarczą dociskową o regulowanym kącie nachylenia. Regulacja mocy silnika odbywa się za pomocą zmiany pojemności skokowej poprzez zmianę skoku tłoków przy zachowaniu tego samego stopnia sprężania.
EN
The article contains a description of the structure and principle of work of a two-stroke multicyllinder engine of changeable piston stroke. One of the properties distinguishing this structure is its kinematic system in which the cylinders together with pistons of axes parallel to the rotor revolution axis, placed in a rotor, move in a circle and the pistons remain in permanent contact with one plane. Regulation of engine power processes by means of engine displacement change at the same compression ratio remaining.
11
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
This paper presents the calculations of the new two-stroke radial engine of the star system with a water ring. In this engine, the new kinematic solution of changing the reciprocate movement of the piston to the rotation of the shaft was introduced. Thermodynamic quantities were evaluated by analysing the thermodynamic process in two stroke engines. Calculations were done for the steady-state operation of the engine at constant angular velocity of the rotor. The major characteristics of the engine were determined. The theoretical analysis is illustarted with numerical calculations.