Wpływ regulacji biegu jałowego na skład spalin
Podtrzymanie pracy silnika spalinowego na biegu jałowym z określoną prędkością obrotową wymaga zasilania silnika odpowiednią ilością mieszanki paliwowo-powietrznej o odpowiednim składzie. W silniku o zapłonie samoczynnym skład mieszanki dobierany jest w sposób automatyczny przez regulator prędkości obrotowej, który steruje ilością wtryskiwanego paliwa w taki sposób, aby zachować stałą prędkość obrotową biegu jałowego niezależnie od zmiany stanu technicznego silnika i jego układów. Podczas pracy w warunkach ustalonych bez obciążenia (na biegu luzem), w pełnym zakresie prędkości obrotowych od biegu jałowego do maksymalnych, silnik o zapłonie samoczynnym zasilany jest mieszanką bardzo ubogą (λbj=8-12), w związku z czym można przyjąć, że spalanie paliwa w tych warunkach ma charakter spalania zupełnego i całkowitego. Zatem stężenie i emisja produktów niepełnego (niecałkowitego i niezupełnego) spalania paliwa w sprawnym technicznie silniku wysokoprężnym jest znikoma.
Aby ocenić graniczną wartość zadymienia spalin, można zasymulować pracę silnika na biegu luzem w sposób odpowiadający pracy silnika przy jego maksymalnym obciążeniu, co jest równoznaczne z zasilaniem silnika wysokoprężnego mieszanką o składzie na granicy dymienia λgd. Polega to na spowodowaniu podania maksymalnej dawki paliwa przez pompę wtryskową w chwili, gdy silnik pracuje na biegu jałowym aż do momentu, w którym rozwinie maksymalną prędkość obrotową na biegu luzem. W czasie rozpędzania od prędkości obrotowej biegu jałowego aż do osiągnięcia prędkości maksymalnej biegu luzem, przy której regulator prędkości obrotowej wyłącza dawkę maksymalną paliwa, silnik zasilany jest mieszanką o składzie odpowiadającym granicy dymienia λgd. W tym też czasie emituje wraz ze spalinami do otoczenia produkty niezupełnego spalania tlenek węgla CO i węglowodory CH (niewielkie ilości w porównaniu z silnikiem ZI) oraz maksymalne ilości węgla C w postaci sadzy wskutek niecałkowitego spalania paliwa. Obecność węgla w postaci sadzy sygnalizowana jest intensywnością zabarwienia i nieprzezroczystości spalin wydalanych przez silnik. Bezpośredni pomiar ilości węgla w spalinach wydalanych przez silnik nie jest obecnie wymagany. Dlatego też metodę maksymalnego obciążania silnika na biegu luzem wykorzystuje się do oceny stopnia zadymienia spalin na zasadzie optycznego pomiaru przezroczystości spalin (metoda bezpośrednia) lub pomiaru zawartości w spalinach cząstek sadzy oddzielonych bibułą filtracyjną (metoda pośrednia).
Do celów diagnostycznych wykorzystuje się wszystkie dostępne metody pomiaru zadymienia spalin, gdyż niezależnie od rodzaju mierzonego parametru pozwalają one dokonać prawidłowej oceny stanu technicznego układu zasilania paliwem. Jednak określone w rozporządzeniu o warunkach technicznych wymagania techniczne dopuszczenia silnika o zapłonie samoczynnym do eksploatacji dotyczą tylko granicznych wartości stopnia zadymienia spalin mierzonego dymomierzem metodą bezpośrednią, przy swobodnym zwiększaniu prędkości obrotowej silnika podczas pracy na biegu luzem do prędkości maksymalnej. Miarą zadymienia spalin zgodnie z obowiązującymi wymaganiami jest współczynnik pochłaniania światła K.
Obecnie w silnikach o zapłonie iskrowym ze względów ekologicznych dąży się do tego, aby stężenie i emisja produktów niezupełnego spalania paliwa była jak najmniejsza przy możliwie niskim zużyciu paliwa. Wysokie wymagania stawiane pod względem ekologicznym silnikom ZI podczas pracy na biegu jałowym, mimo niekorzystnych warunków tworzenia się i spalania mieszanki, są możliwe do spełnienia pod warunkiem, że:
- układ biegu jałowego, niezależnie od zmieniającego się stanu technicznego silnika, zapewni stały skład mieszanki paliwowo-powietrznej o λ=1 przy niezmiennej i stabilnej prędkości obrotowej biegu jałowego,
- silnik wyposażony jest w trójfunkcyjny katalityczny dopalacz spalin (katalizator trójdrożny) i sondę lambda,
- silnik ma wysoki stopień sprężania,
- kąt wyprzedzenia zapłonu dostosowywany jest automatycznie do zmieniających się warunków spalania mieszanki w cylindrze spowodowanych zużyciem silnika.

Wyżej wymienione wymagania w nowszych typach silników o zapłonie iskrowym spełniają systemy wtrysku benzyny.
W starszych typach silników z zasilaniem gaźnikowym utrzymanie wymaganego poziomu stężenia toksycznych składników spalin nie jest możliwe i dla tej grupy silników istnieją odrębne kryteria odnoszące się tylko do jednego składnika spalin, jakim jest tlenek węgla CO. Układy biegu jałowego stosowane w gaźnikach pozwalają regulować skład mieszanki (wkręt regulacji ilości emulsji paliwowo-powietrznej) i jej ilość (śruba zderzakowa kątowego ustawienia przepustnicy mieszanki) w dość szerokim zakresie i dostosowywać regulowane parametry mieszanki do wymaganej wartości stężenia CO ze znacznym zapasem. Wskazują na to zakresy regulacyjne biegu jałowego silników stosowanych w starszych odmianach samochodów osobowych, w których prędkość obrotową można ustalać w zakresie od 600 do 750 obr./min., a stężenie tlenku węgla regulować od 5 do 0,5% obj. w zależności od stanu technicznego silnika i regulacji układu zapłonowego oraz mechanizmu rozrządu. Na rys. 5 przedstawiono wpływ regulacji biegu jałowego na skład spalin w silniku o zapłonie iskrowym.

dr inż. Kazimierz Sitek

Literatura
1. Praca zbiorowa: Diagnostyka samochodów osobowych i ciężarowych. Dom Wydawniczy Bellona, Warszawa 1999.
2. Praca zbiorowa: Diagnozowanie silnika. Analiza spalin. Zadymienie spalin. Korespondencyjna Szkoła Diagnostyki – Zeszyt nr 7/2000.
3. Sitek K.: Diagnostyka samochodowa. Układy odpowiedzialne za bezpieczeństwo jazdy. Wydawnictwo Auto, Warszawa 1999.