Identyfikacja parametrów cząstek stałych z silników spalinowych

Praca dotyczy możliwości syntetycznego ujęcia parametrów cząstek stałych emitowanych z silników o zapłonie samoczynnym. Realizacja tego zagadnienia jest rezultatem pozytywnych wyników badań parametrów cząstek stałych w różnych warunkach pracy silników spalinowych. Dotyczyły one badań emisji zanieczyszczeń w testach statycznych na hamowni silnikowej, w testach dynamicznych na hamowni podwoziowej oraz badań w rzeczywistych warunkach ruchu.
W pracy nie tylko zaprezentowano zależności między emisją cząstek stałych a parametrami określającymi stan pracy silnika (pojazdu), ale również podano propozycje szacunkowych metod oceny emisji cząstek stałych, z wykorzystaniem przyrządów do oceny m.in. masy części węglowej tych cząstek. Dokonano porównania wyników pomiarów masy i liczby cząstek stałych uzyskanych dzięki wykorzystaniu różnych przyrządów i wyznaczono zależności między udziałem cząstek w spalinach a mechanizmem ich powstawania. Prowadzone równolegle badania nad wykorzystaniem zastępczych metod pomiaru emisji cząstek stałych dowiodły, że opracowaną metodykę badawczą można zastosować w pokładowych procedurach diagnostycznych pojazdów, w których konieczne jest monitorowanie bieżącej emisji drogowej lub jednostkowej cząstek stałych w spalinach z uwzględnieniem ich masy i liczby.
Rozwinięciem podjętej tematyki jest nowe ujęcie wykorzystania wartości charakteryzujących pracę silnika i warunki ruchu pojazdu do identyfikacji parametrów cząstek stałych w spalinach silników o zapłonie samoczynnym. Do opisu warunków pracy silnika i pojazdu wykorzystano dwuwymiarowe histogramy gęstości prawdopodobieństwa, które ujmują łącznie wartości prędkości obrotowej i obciążenia silnika (lub wartości prędkości i przyspieszenia pojazdu) oraz czasu jego pracy w tych warunkach. Wynikiem tych działań jest propozycja modeli matematycznych opisujących podstawowe właściwości cząstek stałych (ich masę, liczbę i średnicę) w różnych warunkach pracy silników spalinowych (statycznych i dynamicznych). Zaproponowane modele matematyczne, uzyskane przy wykorzystaniu planowania eksperymentu, posłużyły do identyfikacji cząstek stałych pod względem ich masy, liczby i średnicy; opracowano je na podstawie wyników pomiarów stężenia związków szkodliwych i parametrów pracy silnika w testach statycznych, wykonywanych np. na hamowni silnikowej i w warunkach dynamicznych.
Tworzone modele parametrów cząstek stałych wykorzystujące parametry wejściowe uzyskane w warunkach dynamicznych potraktowano priorytetowo. Badania takie, niewykonywane dotychczas, podzielono na modele dla pojazdów lekkich i pojazdów ciężkich. Dowiedziono poprawności uzyskanych modeli parametrów cząstek stałych przez weryfikację, do której wykorzystano inne pojazdy niż użyte do tworzenia odpowiednich modeli.

Streszczenie 4 Wykaz ważniejszych oznaczeń 5 1. Wstęp 9 2. Właściwości cząstek stałych 13 2.1. Mechanizmy tworzenia cząstek stałych w silniku spalinowym 13 2.2. Określenie wymiarów cząstek stałych 23 2.3. Wpływ cząstek stałych na zdrowie człowieka 29 3. Możliwości identyfikacji cząstek stałych 33 3.1. Normatywy dotyczące emisji cząstek stałych 33 3.2. Syntetyczny opis podstawowych metod pomiarowych 35 3.2.1. Ocena pomiaru masy cząstek stałych 35 3.2.2. Ocena pomiaru liczby cząstek stałych 41 3.3. Zastępcze metody pomiaru emisji cząstek stałych z silników spalinowych 44 3.4. Istniejące modele emisji cząstek stałych 47 4. Problem badawczy 52 4.1. Istota problemu 52 4.2. Cel i zakres badań 53 5. Badania ekwiwalentu emisji cząstek stałych 57 5.1. Pomiary na stanowiskach hamownianych 57 5.1.1. Badania na hamowni silnikowej 57 5.1.2. Badania na hamowni podwoziowej 72 5.2. Pomiary w rzeczywistych warunkach drogowych 76 6. Modelowanie emisji cząstek stałych 101 6.1. Założenia wstępne 101 6.2. Statyczne warunki pracy silników spalinowych 107 6.2.1. Metodyka badań 107 6.2.2. Struktura modeli 108 6.2.3. Modele parametrów cząstek stałych w warunkach statycznych 111 6.3. Dynamiczne warunki pracy silnika spalinowego 117 6.3.1. Modele parametrów cząstek stałych dla pojazdów lekkich 117 6.3.2. Modele parametrów cząstek stałych dla pojazdów ciężkich 123 6.4. Weryfikacja uzyskanych modeli 132 6.4.1. Ocena wyników modelowania dla pojazdów lekkich 132 6.4.2. Ocena wyników modelowania dla pojazdów ciężkich 136 7. Syntetyczne zależności między masą i liczbą cząstek stałych 140 8. Podsumowanie 150 Literatura 154