KOLOZSVÁRI
MŰSZAKI EGYETEM HŐTAN SZAK, TERMIKUS GÉPEK ÉS FELSZERELÉSEK
TANULMÁNY A MOTOR ENERGETIKAI ÉS ENERGIATAKARÉKOS PARAMÉTEREIRŐL HASZNÁLVA A VOSGES SZUPERKATALIZÁTORT (I. fázis - 6288 - as számú vizsgálati szerződés)
2009
A VOSGES SZUPERKATALIZÁTOR TESZTELÉSE TEHERAUTÓK SZÁMÁRA
A szuperkatalizátor tesztelésének célja a mágneses tér befolyásának megfigyelése volt a belső égésű motorok energetikai és energiagazdaságos paramétereire. A motor tanulmányozása két szakaszban történt: 1) A motor energetikai és energiagazdaságos paramétereinek meghatározása szuperkatalizátor nélkül. 2) A motor energetikai és energiagazdaságos paramétereinek meghatározása szuperkatalizátor felszerelése után. Ahhoz, hogy ezeket a paramétereket megállapíthassuk szükséges, hogy a motor néhány jellemzőjét körvonalazzuk, ezen jellemzők körvonalazódván az 1. ábrán látható állványon végzett tesztelés után.
A VOSGES SZUPERKATALIZÁTOR MŰKÖDÉSI ELVE
A szénhidrogéneket úgy határozhatjuk meg, mint kémiai vegyületek összességét, melyek elsősorban szén- és hidrogénatomokból állnak, melyeket olyan kötőértékkel rendelkező elektronok kötnek össze, melyekhez egy kötési energia van rendelve. A Szuperkatalizátor által az üzemanyagra kifejtett 10000 Gauss nagyságrendű mágneses tér hatása fizikálisan a szén-szén- és szén-hidrogén-atomok közötti kötések energiáinak csökkentésében mutatkozik meg. Egy ilyen csökkentés az „gyökök”-nek nevezett sajátos módon reaktív formájú szén- és hidrogénatomok nagyobb rendelkezési állományához vezet. Ez az összekötés az égési folyamat során a levegőbeli oxigénnel átmeneti „peroxid” vegyületeket képez, amelyek utólag az el nem égett részecskékkel reagálva a rendszer számára egy utólagos kiegészítő energiát biztosítanak megnövelve az égés sebességét s így az égés termikus hatásfokát is. A szuperkatalizátor felszerelése által elérhető a fajlagos üzemanyag-fogyasztás csökkentése, a mérgező anyagok kipufogó általi kibocsátásának csökkentése által a légköri szennyezés csökkentése, az üzemanyagokban még jelenlevő kémiai energiák teljes visszanyerése, a füstök homályosságáért felelős részecskék számának a csökkentése. Ezenkívül a megmaradt energia visszaszerzése által teljesítményt sikerül nyerni, de ami nagyon fontos az az, hogy az égési kamrák és a kivezetési gyűjtők belseje folyamatosan tiszta állapotban tartható. Az olaj élete megkétszereződik, az indítás pedig csökkent hőmérsékleti szinteken is jelentős mértékben javul.
A MOTOR JELLEMZŐJE
Egy motor jellemzője az a grafikon, amelyik a motor bizonyos teljesítményértékeinek vagy mutatóinak az ingadozási görbéit mutatja egy független változónak tartott üzemmód-paraméter vagy beállítási paraméter függvényében. Egy motor jellemzője ennek felhasználási lehetőségeinek megállapítására, valamint a legjobb beállítások meghatározására szolgál.
A FORDULATSZÁM JELLEMZŐINEK MEGHATÁROZÁSA TELJES TERHELÉS ESETÉN
A fordulatszám jellemzője kimutatja a motor efektív fő mutatóinak az ingadozását (efektív teljesítmény, jellegzetes efektív üzemanyagfogyasztás stb.) az állandó terhelés melletti fordulatszám függvényében. A teljes terhelés melletti jellemzők meghatározásához meg kell állapítani a befecskendező szivattyú vezérlőfogantyújának helyzetét a névleges üzemmódnak megfelelően. A fordulatszám jellemzője a motor egyik legfontosabb jellemzője. Ez mutatja a teljesítmény és más mutatók ingadozását a fordulatszám függvényében. A SZGYM (szikragyújtású motorok) esetében teljesen nyitott csőelzáró mellett lehet ezt meghatározni. Ha megemelkedik optimális beállítási feltételek mellett is (optimális előny, optimális hő-üzemmód stb.), akkor ez a motor lehetséges üzemmódjainak a terét korlátozza és külső jellemzőnek hívják, mivel minden fordulatszám esetében a motor abszólut maximális teljesítményét mutatja. A RM (robbanó motorok) esetében a külső jellemzőt meg kell emelni a maximális teljesítmény elérése érdekében. A motornak egy állványon való kipróbálása esetében, úgy a SZGYM, mint az RM esetében, akkor amikor az abszólut maximális teljesítmény elérése érdekében nem történnek meg a beállítások, az elért fordulatszám jellemzőjét nem külső jellemzőnek hívják, hanem teljes terhelési jellemzőnek. A fordulatszám csökkentésekor enyhén csökken az adagolás-együttható azért, hogy kémiai hatás átal egyenlítse ki az égési sebesség csökkenését, amit a kevésbé nagyfokú turbolencia vált ki.
A Vosges szuperkatalizátor tesztelése egy próbaállványon történt egy SAVIEM motor és egy 120 daN-es hidraulikus fék segítségével. A motort egy minden mérés meghatározásához szükséges felszereléssel ellátott próbaállványra vagy -padra kell felszerelni.
1. ábra
A SAVIEM motor jellemzői Modell Motortípus Hengerek Furat Dugattyú járata Lökettérfogat Sürítési arány Névleges teljesítmény Névleges fordulatszám Befecskendezőnyomás Maximális motor nyomaték Maximális fordulatszám Befecskendezési sorrend Fajlagos minimális üzemanyagfogyasztás Motor tömege szárazon Motortest Hengerfej Dugattyú Könyököstengely Vezérlés Vezérlési szakaszok: - beömlőszelep kinyitása - beömlőszelep bezárása - ürítőszelep kinyitása - ürítőszelep bezárása Szelepek helyzete és száma Befecskendező szivattyú Kenőrendszer
Hűtési rendszer
Motor indítása
797-05 “SAVIEM” 4 ütemű Diesel, közvetlen befecskendezéses 6 db, függőlegesek, vonalban 102 mm 112 mm 5490 dm³ 18:1 97,8 kw (113 LE) 2900 ford./perc 186,4±4, daN/cm² 353 N·m 1800 ford./perc 1-5-3-6-2-4 23l g/kwh (170 g/LEh) 470 kg Monoblokk, öntöttvas készítmény, kicserél-hető, nedves hengerperselyekkel Öntöttvas készítmény Al-ötvözetből, gömb alakú égési rekesszel 7 csapágypersellyel, 4 ellensúllyal ellátva Bütyköstengely által 11º-kal a felső holtpont előtt 41º-kal az alsó holtpont után 55º-kal az alsó holtpont előtt 5º -kal a felső holtpont után A feji részen, egy befúvó- és egy ürítőszelep mindegyik henger számára Forgó elosztóval Az olaj kényszerátáramlása, főáramkörbe kötött olajszűrővel, a körfolyamatbeli olaj hűtése a motor hűtőberendezéséhez való bekötés által valósul meg -
hűtőfolyadék kényszerátáramlásával és termosztát általi hőmérsékletszabályozással - a centrifugális vízpompa biztosítja a hűtőfolyadék kényszerátáramlását 2,94 kw-s (4LE) villamos indítóval, tápfeszültség 24 V, cu alternator de capacitate 590 W kapacitású váltakozó áramú generátorral.
A szuperkatalizátor felszerelése a gyártó által megadott útmutatásoknak megfelelően történt, egészen pontosan a gázolajszűrő és a befecskendező szivattyú közé 2. ábra.
2. ábra
A MÉRÉSEK EREDMÉNYE ÉS EZEKNEK ÉRTELMEZÉSE
SZÁMÍTÁSI FORMULÁK Ismerve a fék F indikációját és a mérési berendezés karjának hosszát megkapjuk az efektív nyomatékot: Me=F*l
[daN*m]
(1,2,3,4,5)
Általában l=0,716 m , ebben az esetben a motor efektív teljesítménye a következő: Pe=F*n/k [kW] ahol:
(1,2,3,4,5)
F - a fék indikációja, daN-ben; n - a könyököstengely fordulatszáma, ford./perc-ben; k=1360 Az órára lebontott üzemanyagfogyasztást a következő egyenletből kapjuk meg: Ch=3,6*m/t [kg/h]
ahol:
(1,2,3,4,5)
t - az üzemanyagmennyiség elhasználásának ideje, sec-ban; m - az üzemanyag tömege, g-ban.
A fajlagos üzemanyag-fogyasztás: Ce=Ch/Pe [kg/kWh]
(1,2,3,4,5)
1. táblázat Katalizátor hiányában végzett próbálkozások eredményei Adat Könyököstengely fordulatszáma Fék mérlegének indikációja Üzemanyagfogyasztás a próbálkozás ideje alatt Próbálkozás időtartama Üzemanyagfogyasztás órára lebontva Efektív teljesítmény Efektív nyomaték Fajlagos üzemanyagfogyasztás
próbálkozások 3 4
Jel
ME
1
2
n F
ford./perc daN
1700 29
1900 31
2100 26
C t
gr sec
100 44.05
100 40.88
Ch Pe Me
kg/h kW daN*m
8.172531 36,25 20,764
Ce
Kg/kWh
0,225449
5
6
2400 15
2700 8
2800 0
100 35.29
100 37.66
100 51.1
100 70.08
8.806262 43,30882 22,196
10.20119 40,14706 18,616
9.559214 26,47059 10,74
7,04501 15,88235 5,728
5,136986 0 0
0,203336
0,254096
0,361126
0,443575
2. táblázat Katalizátorral végzett próbálkozások eredményei
Adat Könyököstengely fordulatszáma Fék mérlegének indikációja Üzemanyagfogyasztás a próbálkozás ideje alatt Próbálkozás időtartama Üzemanyagfogyasztás órára lebontva Efektív teljesítmény Efektív nyomaték Fajlagos üzemanyagfogyasztás
próbálkozások 3 4
Jel
ME
1
2
n F
ford./perc daN
1700 30
1900 32
2100 27
C t
gr sec
100 54.01
100 50.79
Ch Pe Me
kg/h kW daN*m
6,665432 37,5 21,48
Ce
Kg/kWh
0,177745
5
6
2400 19
2700 10
2800 0
100 45.63
100 47.4
100 62.93
100 82.67
7,088009 44,70588 22,912
7,889546 41,69118 19,332
7,594937 33,52941 13,604
5,720642 19,85294 7,16
4,354663 0 0
0,158548
0,189238
0,226516
0,288151
0
A próbák fő célja a gyártó által a termék műszaki adatlapján garantált minimális műszaki teljesítmények ellenőrzésében áll, éspedig: a.
az üzemanyagfogyasztás csökkentése legalább 10 %-kal
b.
a motor teljesítményének növelése 4-8 %-kal
c.
a kipufogógázok csökkentése
d.
a motor hatásfokának növelése
A kapott eredmények összehasonlításából a szuperkatalizátor használatának esetében észrevehető a motor paramétereinek enyhe javulása. A motor-próbáló állványon kapott adatok feldolgozása utáni eredmények átlaga látható egy RM esetében a 3. táblázatban. 3. táblázat Adat Efektív teljesítmény Efektív nyomaték Üzemanyagfogyasztás órára lebontva A fajlagos üzemanyagfogyasztás
Megállapítás nőtt csökkent
Érték 12.4% 12.4% 28.2% 19.3%
AZ EREDMÉNYEK GRAFIKUS ÁBRÁZOLÁSA
Efektív teljesítmény
Puterea efectiva 50
Pe [kW]
40 30
fara catalizator
katalizátor nélkül
20
cu catalizator
katalizátorral
10 0 1700
1900
2100
2400
2700
2800
n [rot/min]
ford./perc
Efektív nyomaték
Momentul efectiv 25
Me [daN*m]
20 15 10 5 0 1700
1900
2100
2400
n [rot/min]
ford./perc
2700
2800
fara catalizator
katalizátor nélkül
cu catalizator
katalizátorral
Üzemanyagfogyasztás órára lebontva
Consumul orar de combustibil 12
Ch [kg/h]
10 8 6
fara catalizator
katalizátor nélkül
cu catalizator
katalizátorral
4 2 0 1700
1900
2100
2400
2700
2800
n [rot/min]
ford./perc
A fajlagos üzemanyag-fogyasztás
Consumul specific efectiv de combustibil 0.5
Ce [kg/kWh]
0.4 0.3
fara catalizator
katalizátor nélkül
0.2
cu catalizator
katalizátorral
0.1 0 1700
1900
2100
2400
n [rot/min]
ford./perc
2700
2800
A KIPUFOGÓGÁZOK MEGHATÁROZÁSA A SAVIEM motor kipufogógázainak elemzésére a következőket használták:
MAXILYZER típusú hordozható gázanalizátor Különleges alkalmazásra szolgáló professzionális, rendkívül erős, mechanikai sokk-hatásoknak ellenálló, teljesen légmentes elzárással bíró számítógép. Közepes- és nagyteljesítményű, hagyományos vagy kondenzációs kemencék és kazánok égett gázai összetevőinek meghatározására használják. Különösen ajánlott a szolid üzemanyagok égetéséhez, hosszútávú égések figyelésére. (48h-s folyamatos működési autonómia). A MAXILYZER az EN 50379-2 számú tanúsítvánnyal rendelkezik! Mért adatok Adat
Mérési tartomány
O2 CO (kompenz H2)
0...20,9% 0...4000ppm
NO (NOx)
0...2000ppm
SO2
0...2000ppm
ISCIR PTA1 szerinti maximális értékek kb. 80ppm (100mg/Nm3) kb. 170ppm (350mg/Nm3) kb. 12ppm (35mg/Nm3)
Pontosság
Felbontás
±0,2% val. mas. ±5ppm-től-150ppm-ig ±5% val. mas. > 150ppm ±5ppm-től-150ppm-ig ±5% val. mas. > 150ppm ±5ppm-től-150ppm-ig ±5% val. mas. > 150ppm ±0,5% val. mas.
0,1% 1ppm 1ppm 1ppm
égett gázok 0...1000ºC 1ºC hőmérséklete égési levegő -20ºC...+100ºC ±3ºC+1digit (-20,0...0,0ºC) 0,1ºC hőmérséklete ±1ºC+1digit (+0,1...+100,0ºC) léghuzat / nyomás a -2,00...+2,00hPa ±0,02 hPa+1digit 0,01hPa kéményben közepes Δp ±2,01... ±20,00hPa ±1% val. mas. 0,01hPa magas Δp ±20,01... ±150hPa ±3% val. mas. 0,1hPa További rendelkezésre álló szenzorok: COhigh szenzor mérési tartomány 10000ppm/20000ppm/40000ppm
Kiszámított adatok: Ø Ø Ø Ø Ø
nem oldott CO2, CO, nem oldott NOx, NO, nem oldott SO2 harmatpont hőmérséklet λ légfelesleg-tényező veszteségek, ή égési hatásfok ήBW kondenzációs központok hatásfoka
Az égés sztöchiometrikus tulajdonsága szerint, gázolaj üzemanyag esetében, a teljes égés elméleti pontját akkor ellenőrzik, amikor: CO2 + O2 = 15.5 (6)
ahol CO2 minél közelebb kell legyen az 15,5-höz.
Következik, hogy egy égés annál jobb, mennél közelebb kerül az oxigén a zéróhoz, a CO2 pedig a felső határ felé nő.
Egy ideális égéshez a következő összetevők szükségesek a következő értékekkel: CO - 0.1 CO2 - 15.4 O2 - 0,1 lambda - 1.1 - 1.2 A 3. ábra szerint, 2009. február 23-án, a szuperkatalizátor felszerelése előtt és után 9 perces intervallumban elvégzett gáz-elemzések következtében a következőket állapították meg: Ø az oxigén csökkenése 19,2-ről 17 %-ra Ø a CO2 növekedése 1,3 %-ról 2,9 %-ra Ø a hatásfok növekedése 65,3-ról 78,9-re Ø a lambda együttható csökkenése 11,67-ről 5,25-re. Ezen együttható optimális értéke 1.10 -1.20 között található. Ø Ugyanakkor megállapítható a veszteségek egy csökkenése is 34,7-ről 21,1 %-ra.
Ø A NO és NOX gázok csökkenésének kezdete. Megemlítendő, hogy amennyivel a szuperkatalizátorral való működés ideje nő, úgy javulnak a teljesítmények egészen a motor működésének végleges stabilizálásáig.
katalizátor nélkül EURO-INDEX KFT
szériaszám Óra: Dátum: Üzemanyag Gázolaj gázok Veszteség
levegő Léghuzat Hatásfok kazán mutató Üledék
katalizátorral
KÖVETKEZTETÉSEK: A jelen tanulmány szerint bizonyosággal lehet állítani, hogy a gyártó által a műszaki adatlapon megadott teljesítmények valóságosak. Egy hőfelvevő motorra szerelt szuperkatalizátor nem jelent semmilyen kockázatot, sőt ezáltal a motor teljesítmények növekedéséhez, valamint ennek élettartamának meghosszabbításához, és a levegőbe kibocsátott mérgező anyagok csökkentésével a környezet védelméhez vezet.
Bibliográfia
1. N. Bataga, Hőmotorok, Lito. IPCN 1988. 2. N. Bataga, I. Teberean, Belső égésű motorok, EDP- Bukarest, 1996. 3. Berthold Grunwald, Teoria, Közúti járművek motorjainak számításai és építése, EDP- Bukarest, 1980. 4. D. Taraza s.a., Hőmotorok alkalmazásai és problémáik, EDP - Bukarest, 1981. 5. I. Teberean, Termodinamikai tényezők és hőgépek, DACIA Kiadó Kolozsvár, 1999 6. Virgiliu Dan Negrea, A környezet szennyezésének leküzdése a közúti szállításban, Tehnica Kiadó Bukarest, 2000.
DÉKÁN (rektor)
KATEDRAFŐNÖK
DOLGOZATFELELŐS
Pr. Dr. Opruta D.
Pr. Dr. Teberean I.
Rotaru Nicolae Florin
ENNEK A TANULMÁNYNAK EREDETI PÉLDÁNYA MEGTALÁLHATÓ WEBOLDALUNKON, A ROMÁN NYELVŰ DOKUMENTUMOK, KOLOZSVÁRI MŰSZAKI EGYETEM, A DIESEL MOTOROKRA VONATKOZÓ RÉSZÉBEN.
