Naukowym celem badawczym przedstawionej pracy było określenie wpływu selektywnego doprowadzania dodatkowego czynnika, oddziaływującego na proces tworzenia się tlenków azotu w przestrzeni roboczej silnika o zapłonie samoczynnym, w tych obszarach pola pracy silnika, w których nie ma możliwości skutecznego działania systemów EGR i SCR. Pracę zrealizowano w kolejnych etapach, obejmujących zarówno analizy teoretyczne, jak również przeprowadzenie badań doświadczalnych z wykorzystaniem rzeczywistego obiektu badawczego.
Pierwszym etapem przedstawionej pracy była analiza mechanizmu powstawania tlenków azotu w przestrzeni roboczej silnika o zapłonie samoczynnym. Dokonano również analizy mechanizmu oddziaływania powszechnie stosowanych metod zmniejszających ich emisję w spalinach silników ZS, na podstawie której stwierdzono, że występują obszary w polu pracy silnika, w których emisja tlenków azotu w spalinach silników ZS nie jest w pełni kontrolowana. W tej części pracy przedstawiono naukowy problem badawczy, sformułowano tezę, a także wyznaczono obszar prowadzonych badań doświadczalnych.
Następnym etapem pracy było przeprowadzenie analizy teoretycznej w zakresie pożądanych właściwości fizyko – chemicznych i kierunku odziaływania czynnika zmniejszającego efekt powstawania tlenków azotu w procesie spalania. Na podstawie przeprowadzonej analizy dokonano wyboru czynnika oraz sposobu jego selektywnego dostarczania do przestrzeni roboczej silnika.
Opracowana została także indywidualna metodyka prowadzenia badań doświadczalnych, zarówno w stałym punkcie pracy silnika, jak również podczas pracy ze zmiennym obciążeniem i prędkością obrotową.
Przeprowadzone badania doświadczalne z wykorzystaniem rzeczywistego obiektu badawczego potwierdziły stawiane w pracy cele. W trakcie badań uzyskano efekt zmniejszenia stężenia tlenków azotu w spalinach silnika ZS w całym rozpatrywanym obszarze pola pracy silnika, przy jednoczesnym niezwiększaniu emisji cząstek stałych. Stwierdzono również, że dostarczany do ładunku etanol powoduje oczyszczanie ścianek kanałów i zaworów dolotowych, a także wnętrza cylindra z różnego typu depozytów, co pośrednio wpływa także na czystość systemu EGR. Ponadto stwierdzony w badaniach wzrost emisji tlenku węgla, ze względu na egzotermiczne utlenianie w reaktorze DOC, korzystnie wpływa na proces regeneracji filtra DPF oraz poprawia warunki pracy reaktora SCR. Efekty te, w aspekcie utylitarnym, są niewątpliwie korzystne.
Badana metoda wykazała znaczący potencjał oraz wprowadza nowe możliwości rozwoju systemów zmniejszania emisji tlenków azotu w spalinach silników o zapłonie samoczynnym, natomiast uzyskane wyniki pomiarowe stanowią istotny przyczynek, wyznaczający dalszy kierunek prowadzenia prac badawczo – rozwojowych.
The scientific research objective of the presented work was to determine the effect of the selective supply of an additional agent, affecting the formation of nitrogen oxides in the working space of a compression-ignition engine, in those areas of the engine's operating field in which the EGR and SCR systems cannot operate effectively. The work was carried out in successive stages, including both theoretical analyses and the conduct of experimental tests using an actual test facility.
The first stage of the work presented was an analysis of the mechanism of formation of nitrogen oxides in the working field of a compression-ignition engine. There was also an analysis of the mechanism of the impact of commonly used methods to reduce their emissions in the exhaust of ZS engines, based on which it was concluded that there are areas in the working field of the engine where the emission of nitrogen oxides in the exhaust of ZS engines is not fully controlled. In this part of the work, the scientific research problem is presented, the thesis is formulated, and the area of experimental research conducted is determined.
The next stage of the work was to carry out a theoretical analysis of the desired physical and chemical properties and direction of action of a factor that reduces the effect of the formation of nitrogen oxides in the combustion process. On the basis of the analysis, the choice of the agent and the method of its selective delivery to the engine's working space was made. A customized methodology was also developed for conducting experimental tests, both at a fixed operating point of the engine, as well as during operation with varying load and speed. Experimental tests carried out using an actual test facility confirmed the objectives set in the paper. During the tests, the effect of reducing the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas of the ZS engine was obtained in the entire considered area of the engine's operating field, while not increasing the emission of particulate matter. It was also found that the ethanol supplied to the load causes cleaning of the walls of the intake ducts and valves, as well as the interior of the cylinder from various types of deposits, which also indirectly affects the cleanliness of the EGR system. In addition, the increase in carbon monoxide emissions found in the study, due to exothermic oxidation in the DOC reactor, favorably affects the DPF regeneration process and improves the operating conditions of the SCR reactor. These effects, in utilitarian terms, are undoubtedly beneficial.
The investigated method has shown significant potential and introduces new possibilities for the development of systems for reducing nitrogen oxide emissions in compression-ignition engine exhaust, while the obtained measurement results are an important contribution, determining the further direction of research and development work.
