ma odrębny układ otwierania pompka tłoczkowa tłoczy olej sterujący i podnosi iglicę umożliwiając dopływ gazu do cylindra (dostaje się pod pierścień i unosi iglicę) ,występują też wtryskiwacze pilotujące na paliwo ciekłe
WARTSILA w jednym korpusie 2 wtryskiwacze : gazowy i pilotujący , sterowanie paliwem gazowym również pompką tłoczkową. Zawór elektromagnetyczny steruje olejem hydraulicznym do iglicy wtryskiwacza , zawór sterowany jest elektronicznie.
SKROPLENIE PALIWA GAZOWEGO
Wymagane jest małe urządzenie kriogeniczne . Ze zbiornika gazowego paliwa ciekłego (T=-1650C i p=2 bar) dostaje się do pompki tłoczkowej i dalej do \pulsation damper\ (350bar) do podgrzewacza parownika i dalej do silnika (T=400C , p=350bar) . Sprężanie paliwa gazowego 2,5% mocy użytecznej silnika (tu 0,8%)
TOKSYCZNOŚĆ SPALIN WYLOTOWYCH Szkodliwe składniki spalin : a) tlenki azotu NOX
b) niespalone składniki CH c) CO
d) SO2 i SO3
d) cząstki stałe
f) CO2 nie jest toksyczny (efekt cieplarniany)
AD. A NO , NO2 , N2O3 , N2O5 pierwsze dwa tworzą się w komorze spalania
O2 + N ®NO + O
O + N2 ® NO + N
OH + N ® NO + H
N2 + M ® 2N + M
O2 + M ® 2O + M
NO + O2 ® NO2 + O
NO + O ® NO2
Tworzone tlenki azotu b. trudno się dekomponują reakcja w drugą stronę przebiega b powoli.
NO2 – powoduje w organizmie pewne reakcje , w atmosferze łączy się z wodą dając HNO3 i po deszczu tworzy sole i znajduje się w glebie (samooczyszczenie atmosfery).
NO2 – podrażnienie i obrzęk płuc , rozszerza naczynia krwionośne , obniża ciśń krwi 0.38 – 1.33 mg/dm3 - tlenki azotu powodują śmiertelne zatrucie , smog fotochemiczny powodują tlenki azotu .
NO – utlenia się w atmosferze do NO2.
NO – bardzo aktywny i silnie reaguje z hemoglobiną tworząc NOHb (wypiera tlen) – niedotlenienie organizmu (zawroty głowy , osłabienie , odrętwienie nóg , reaguje na ośrodkowy ukł nerwowy)
CnHm – wszystkie cząstki wchodzące w skład spalin dotyczące węgla i wodoru : a) szereg parafinowy ,
b) szereg olefinowy ,
c) szereg naftenowy ,
d) szereg aromatyczny. Ponad 200 połączeń węgla z wodorem w próbce spalin . W zależności od rodzaju grupy :
AD. A Szereg parafinowy w małych stężeniach działa jak narkotyk , słabo wiąże się z hemoglobiną
AD. B szereg olefinowy - większa zdolność do wiązania z hemoglobiną większe działanie narkotyczne drażni drogi oddechowe , zaburzenia oddechu , nieprzyjemny zapach .
AD. C szereg naftenowy - działanie toksyczne i narkotyczne , drażnią drogi oddechowe , nieprzyjemny zapach .
AD. D szereg aromatyczny - działają silnie toksycznie , utrata świadomości , zaburzenia ruchowe , senność , bóle głowy , działania rakotwórcze
SMOG FOTOGENICZNY - LONDYŃSKI , KALIFORNIJSKI - węglowodory , tlenki azotu i węgla , ozon Źródła smogu : benzyna , gaz , oleje napędowe. Warunki atmosferyczne: lato i jesień temper pow 240C , mała wilgotność , w dzień (słońce ) wysokie stężenie ozonu toksyczność : podrażnienie oczu Procesy fotochemiczne zachodzące w ultrafiolecie - NO2 + hv ® NO + O
O2 + O + M ® O3 + M O3 + NO ® NO2 + O2 = procesy zachodzą w obu kierunkach W obecności niespalonych węglowodorów RH + O ® R + OH
RH + OH ® R + H2O
R + O2 ® RO2 dalej
RO2 + NO ®RO + NO2 - jednym z produkt przejściowych jest azotan nadtlenku acetylu
CH3CO3+NO2®CH3CO3NO2
CO – bardzo intensywnie łączy się z hemoglobiną 200-300 razy lepiej niż tlen i tworzy karboksyhemoglobinę (COHb) powodując niedotlenienie organizmu , w silnikach iskrowych duże stężenie przy rozruchu i biegu jałowym utlenia się
do CO2
SOx – przebywanie w środowisku o zbyt dużym stężeniu grozi śmiercią (0.5godz przy 1.4–1.7 mg/l ) działają toksycznie
PM- cząstki stałe - różne konglomeraty sadzy (odmiana alotropowa węgla) W wysokiej temperaturze węglowodory rozpadają się na wodór i węgiel , atomy węgla tworzą heksagonalny układ i tworzą cząstki kuliste i łączą się w większe cząsteczki (nie reagują z tlenem i pozostają w spalinach) .Cząstki stałe – cząstki częściowo niespalonego paliwa , popiół częściowo spalony olej , osady i nagar okresowo zrywane ze ścianek kom spalania. Sadza nie jest czysta i jest toksyczna (zw aromatyczne , naftalen , dwufenyl , antracen)
POMIAR STĘŻENIA SKŁADNIKÓW SPALIN
- jednostki objętości obj/m3 , ml/ m3 , kmol/m3 , kg/m3
- udziały procentowe lub ppm (natężenie wydzielania) - pom strumienia subst toksycznych kg/s
- emisja na jedn pracy g/kwh (siln iskrowe)
- emisja na jedn masy zużytego paliwa (paleniska , kotły , spalarki ) g/kg , kg.kg
stworzono cykle pracy w czasie których są mierzone wszystkie składniki toksyczne spalin (ok. 20 – 30 minut : rozruch , bieg jałowy , przyspieszenie , bieg na obciążeniu , przeciążenie ) dla silników samochodowych Cykl europejski , japoński , amerykański – w ich oparciu znajdujemy składn toksyczn spalin na kwh – obecnie 0.5 g na kwh. Zmniejszenie zawartości węglowodorów przez likwidację studzienki pod iglicą wtryskiwacza.
Zmiana kąta wyprzedzenia wtrysku o 300- 00 - zmniejszenie stężenia NOx z 3500 – 500ppm. Powoduje to wzrost jednostkowego zużycia paliwa .
Próba zapachu substancji zaw w spalinach CO , CO2 , NO – bezwonny , NO2 – 1.3- 7.6 ppm , n-butan 5ppm , propan – 20ppm POMIAR TOKSYCZNOŚCI SKŁADNIKÓW
1.CO , CO2 – bezdyspersyjne analizatory promieniowania podczerwonego (zjawisko absorpcji promieniowania w odpowiedniej długości przez CO (4.2 – 4.6mm) i CO2 (4.5 – 4.9 mm)
2. Węglowodory – analizatory promieniowo jonizacyjne (FID)
zjawisko obecności cząstek węglowodorów w promieniowaniu w wysokiej temperaturze . występuje zjawisko ich jonizacji , rośnie liczba cząstek z ładunkiem elektrycznym . W gazach przepływ prądu jest ruchem jonów . Pomiar ładunku jest miarą zawartości cząstek węglowodorów (wynikająca z ilości cząstek węgla – informuje o skali zjawiska ) Używa się odpowiedniego wzorca do porównania stężenia wzorcowego z mierzonym , wzorcem może być : metan , etan , propan . W zależności od wzorca uzyskujemy różne stężenia węglowodorów w zależności od węgla we wzorcu . Wynik należy pomnożyć przez iloraz liczby atomów węgla we wzorcach
3. Tlenki azotu NOx – zjawisko chemolumiscencji
NO3 + O3 ® NO2 + O2 + hv gdzie v – to kwant promieniowania o długości fali 0.6-3.0 mm
Zliczając kwanty promieniowania możemy zmierzyć ilości tlenków azotu. W spalinach jest też NO2 inne tlenki mają b małe stężenie , więc prowadzimy do dekompozycji NO2 w NO i O – wynik jest wynikiem zastępczym dwóch tlenków azotu. Rozpad katalityczny tlenków azotu na azot i tlen w katalizatorze jest możliwe przy nadmiarze powietrza w granicach (1.01 – 10.5) Silniki są wyposarzone w sondę lambda , która stara się utrzymać ten współczynnik w okolicach jedności.
4 cząstki stałe – procedura b złożona a aparatura b droga (w silnikach okrętow ten problem nie jest zbyt podejmowany).
5 . zadymienie spalin – wskaźnik ten był brany pod uwagę przy diagnostyce procesu spalania
a) metoda 1 dymomierz boscha - bibuła filtracyjna , pompka zasysająca stałą obj spalin . Sadza zaczernia bibułkę proporcjonalnie do zawartości sadzy w spalinach . Firma opracowała wzorce w skali od 0-10 . Na początku wzorce opierały się na metodzie porównawczej . Nadajnik wysyła promieniowanie świetlne na bibułkę, im zanieczyszczenie rośnie to bibuła pochłania więcej światła , więc mniej światła pada na fotoogniwo i metodą mostka mierzony jest przepływ prądu . Na liczniku jest skala od 0-10 (matoda bezpośrednia)
b) metoda 2 dymomierz firmyHARFRIDGE
absorpcja promieniowania świetlnego przez sadzę w spalinach) Na element fotoczuły przy wzroście zadymienia pada mniej promieniowania świetlnego . Fotoogniwo połączone jest z układem mostkowym . Są dwie komory : jedna z czystym powietrzem , druga ze spalinami . Porównuje się je przy pomocy fotoogniwa. Skala od 0-100 ale że sadza stanowi 5-10% toksyczności cząstek stałych to pomiar zadymienia traci na znaczeniu.
MET. ZWALCZANIA TOKSYCZNOŚCI SPALIN
Tlenki azotu : NO można utlenić do NO2 w obecności katalizatorów (ale wtedy gdy l jest tylko niewiele większy od 1). Silniki z zapłonem iskrowym mogą pracować przy l= 1 , więc katalizatory się stosuje. Silniki mają w ukł wydechowym sondę l sterującą dawką pal. W silnikach o zapłonie samoczynnym l jest dużo większe od 1.
Reakcje tlenków azotu z amoniakiem : 4NO+4NH3+O2®4N2+6H2O 2NO2+4NH3+O2
®3N2+6H2O
pozostaje wolny azot i cząstki pary wodnej
NOX obniżamy :
- zmianę ciśn wtrysku,
- zmiana opóźń samozapłonu,
- zmianę penetracji podczas opóźnienia samozapłonu,
- zmiana kształtu kom spalania,
- zmianę ciśn otwarcia i zamknięcia rozpylacza,
- zmiana kształtu wykresu indyk (samozapłon za GMP), - zasilanie silnika paliwem i wodą (jeden wtryskiwacz paliwowo-wodny) powoduje spadek max temp w silniku poprzez oddanie ciepła na ogrzanie wody
-EGR- recyrkulacja spalin część spalin z układu wylotowego kierowana jest do przewodu wlotowego i miesza się z powietrzem – zmniejsza się zawartość tlenu i azotu w powietrzu doprowadzanym do silnika
Wpływ recyrkulacji :
- rośnie jednostkowe zużycie paliwa
- maleje średnie ciśnienie efektywne
- metoda SCR – selektywna redukcja katalityczna, stos katalizator
Katalizatory (montowane w ukł wylotu spalin ) : platyna , iryd, rod, rozłożone na odpowiednio dużej powierzchni (wkładki porowate).
CO utlenianie do CO2 przy obecności tlenu i katalizatora ,węglowodory też przy nadmiarze tlenu i katalizatora. Wkładki porowate z materiałów ceramicznych pokrytych cienką warstwą platyny( w mm). Należy też zapewnić odpowiednią temp wkładki katalizatora (powyżej 6500C inaczej katalizator nie będzie skutecznie działał. Dlatego przy rozruchu silnika toksyczność spalin jest duża. Patenty = nagrzewanie katalizatora przed uruchomieniem silnika (en. elekt z akumulatora ). W silnikach okr. zaczyna dopiero mieć to znaczenie
Wkład wprowadza dod opór powodujący wzrost ciś wydechu i zmniejszenie pracy indykowanej obiegu.
- sys CRT - utleniający
katalityczne utlenianie dwudrogowe Kat składa się z Oxicat-a i filtru cząstek stałych
Reakcje przebiegające :
HC, O2- H2O, CO2
CO2, O2 – CO2
SO2, O2 - SO3 - H2SO4
NO
USZKODZENIA ELEMENTÓW SILNIKA
1.PĘKNIĘCIA ZMĘCZENIOWE –
Trzy przypadki zmiennych obciążeń działające na przekroje
1 naprzemienne nie w SO
2 odzerowe tuleja denko tł
3 pulsujące zrywają więzy między atomami w poszczeg kryształach ÞmikropęknięciaÞzmiana lokalnego rozkładu naprężeńÞspiętrzenie naprężeńÞdalszy rozwój pęknięcia. Zjawiska w skali
marcin0732