在柴油机燃烧过程模型参数的确定可变压缩比

文摘

压缩率对燃油经济性有非常重要的影响,内燃机的排放和其他表演。可变压缩比在柴油发动机中的应用有很多好处,比如限制最大缸内压力和扩展的最优操作政权的主要要求:消费、权力、排放,噪音,和多燃料的能力。手稿礼物也自动的专利机制改变发动机压缩比和两件式连杆。在实验研究,建模的直接喷射式柴油机的燃烧过程。的基本问题,选择参数的双重氛围函数用于对柴油机燃烧过程建模,也表现为不同的压缩比的值。最优压缩比价值定义关于最小的燃料消耗和废气排放。为此在实验室发动机试验台的工学院,Kragujevac大学带进操作。

1。介绍

城市交通和交通流产生最大的影响在废气排放和空气污染,特别是在街道峡谷,城市中心区域,等。此外,在城市交通领域,可以大大有助于减少废气排放,通过各种方法的应用。根据我们的实践经验,目前有两个方向:(我)开关替代燃料、天然气和氢气作为清洁驱动能源,与平行引入灵活的运输使减少汽车的数量(避免拥挤在城市中心1),(2)进一步优化车辆和传统内燃机(IC)引擎通过降低内部摩擦和机械损失,为了减少燃料消耗和废气排放。这需要新材料的应用和可变机制(IC)引擎,这是可变压缩比(录像机),可变气门火车(VVT),燃油喷射系统变量注入时机multi-injections分裂的能力,均匀压缩点火燃烧(HCCI),控制自燃(CAI)等。2- - - - - -5]。

机械效率(IC)的引擎和一般往复式机由摩擦能量损失与依赖,即。摩擦学的系统内部的条件,包括活塞、活塞环和缸套。一般来说,机械效率降低的情况下提高压缩比(CR)和相反3- - - - - -5]。

与往复式机优化,应用铝合金和铝金属基复合材料(MMC)制造机器零件,我们有助于降低体重的发动机和车辆以及摩擦磨损。减少重量、摩擦和磨损的车辆和设备有助于减少燃料消耗和废气排放的6- - - - - -8]。

VCR法用于确定最优(CR)柴油发动机在不同负载下(9,10)结合其他变量系统引擎,这种灵活的进气门驱动(11),废气再循环(EGR) [12),和可变燃油喷射时间13,14]。通常,集成系统(VCR)可以提高发动机效率,功率,扭矩;多燃料的引擎可以运行在多个周期的能力,即。时,调整将限制使用各种燃料。

根据我们的实验结果,在应用程序的情况下柴油机替代燃料的使用与柴油混合燃料时,(VCR)系统是专为最佳的燃烧和引擎操作(3,5,6]。一些作者研究了影响(CR)柴油机的性能和排放与浪费炸油或印楝甲酯混合(15,16和麻风树乙酯混合17]。生物柴油作为燃料为柴油发动机很有趣,及其在柴油机中的应用还需要一种机制来自动改变(CR),适应发动机的燃料的条件(18]。

氢和天然气等气体燃料的应用以及它们的混合物更有趣在汽油发动机和原始气体发动机(VCR)比柴油发动机19]。

区域运输车辆和重型发动机,卡特彼勒为例,开发了均匀电荷(VCR)引擎压缩着火(HCCI)燃烧。因此15-liter引擎自动压缩比变化从8 - 15:120.]。

的增长发动机建模活动的主要原因来自经济效益;通过使用计算机模型,大量储蓄可能在昂贵的实验工作引擎正在考虑修改。模型不能取代真实的发动机测试但他们能够提供良好的估计可能的引擎的修改造成的性能变化,从而可以帮助选择最佳选项进一步发展,减少所需的硬件开发。而更高级的模型非常大而复杂的,一个引擎的基础热力学模型非常简单,易于理解;复杂性出现后的改进计算方法,子系统的详细级别的代表,和各种选择的住宿引擎配置和控制系统。

作者也成功地研究了CR在实验柴油机燃烧过程的影响。验证结果收到使用柴油过程的模型和双重氛围并行函数进行了实验测量期间与相关结果的比较(3- - - - - -5]。

这篇论文的主要目的是确定的影响CR和发动机工作制度双重氛围的燃烧特性和形状参数函数,以及,燃料消耗和废气排放。详细的实验测量的结果发表在文献[5]。

2。材料和方法

2.1。录像机机制的概述

大量建设解决方案(VCR)引擎和系统可以在文献中找到。某些建筑几乎被意识到。录像机机制可以实现可变汽缸体积或变量活塞上死点位置(TDC)图1。TDC活塞位置可以由使用一个非常规crank-train结合两件套连杆,它是由一个附加的轴控制,或者通过使用一个齿条和小齿轮传动装置的活塞对曲轴。另外,保留传统的曲轴驱动,(TDC)活塞的位置可以通过修改各种曲轴,气缸头之间的距离或不同的曲轴传动的运动学有效长度。曲轴,气缸头之间的距离可以改变通过倾斜汽缸缸筒一起相对于轴承基座,或通过翻译机制作用于汽缸和桶单位。所需的距离变化也可以实现利用一个反常地支持曲轴。从电影角度看有效长度的变化开辟了广泛的建设性的可能性:压缩高度,连杆长度和曲柄半径可以修改通过偏心轴承或使用一个线性制导装置(21- - - - - -23]。

考虑技术可能性和经济要求我们开发了实验发动机与自动机制两件套连杆(three-connecting杆)调整间隙体积,人物2(3]。自动辅助控制机制(CR)改变包括电子控制单元(ECU)和控制杆,都与滚动齿轮安装链接。

开发(VCR)引擎three-connecting杆机制可用于所有现代柴油和汽油发动机的录像机应用为了优化效率。

2.2。实验装置

实验在实验室进行了引擎的工学院,Kragujevac大学(鳍)。单缸四冲程,和风冷柴油机制造商DMB-Lombardini类型3 ld450,试验期间使用(直接燃油喷射,6千瓦电力,80毫米,85毫米和中风)(4,5]。

CR的几何值(ε)是不同的从17.5到12.1:1,用不同取代活塞活塞碗体积(意识到通过改变活塞碗从43 - 55毫米直径)。众所周知,活塞碗几何设计影响燃料混合和随后的燃烧和污染物形成过程直接注入(DI)柴油机。在这篇文章中,所有调查结果只与CR。

在实验期间,与标准的柴油发动机的特性中指定的表1(4,5]。

试验台配备测量和数据采集系统,图3。各种传感器安装在发动机测量不同的参数。一个热电偶安装在高压燃油管的表面。精密曲柄角(CA)编码器与发动机的曲轴耦合。压力和体积的软件存储数据对应于一个特定的(CA)的位置绘制示功图曲线。气缸压力测量使用(AVL QC32D)水冷式压电换能器。压力信号的放大与5007)(基斯特勒公司电荷放大器,加工利用(AVL IndiCom表明软件1.2版)(5]。

软件提供了分析的设备燃烧放热率等数据,点火延迟,燃烧时间在度,峰值压力和商店分别进行分析的数据采集系统。

实验测试引擎(SCHENK U1-16/2)发动机测功器。测试是在CRof (12.1, 13.8, 15.2, 17.5: 1)。工作制度为燃料消耗和废气分析定义根据欧洲固定周期(ESC) 13-mode周期。特定排放的废气排放的计算使用获得的数据和测量发动机功率对应的工作点。最终的排放结果表示在(g·千瓦¹·h¹),(5]。

排气气体分析与测量设备类型(AVL Dicom 4000)。可吸入颗粒物(PM)排放是间接通过经验确定烟雾和点的测量值之间的相关性。烟是测量使用(AVL 409)设备根据方法博世(3- - - - - -5]。

3所示。结果和讨论

3.1。柴油机燃烧过程的建模有录像机

理论分析。燃烧特性可以通过气缸气体压力的方法相比,热释放速率、点火延迟,等。

归一化热释放率(NHRR)是一个重要的参数来分析在发动机汽缸燃烧过程。重要的燃烧燃烧持续时间和强度等工艺参数,对不同的引擎负载(BMEP:制动平均有效压力),可以很容易地估计热释放率的图,图4。

分析引擎政权点火延迟时间太长,当发动机在低(CR)值。点火延迟时间越长时期导致更高比例的注入的剩余未燃烧的燃料。大量积累的未燃烧的燃料着火延迟期内导致特征顶点,人物4(一)。在适度减少CR在高负荷(BMEP = 0.48 MPa),最大的减少气缸温度发生。在CR的进一步减少,最大温度开始上升(5]。燃烧法的解释是相当大的增加最大由于点火延迟增加,图4(一),低温度引起的燃油喷射时间。它会导致增加的数量在预混合燃烧的燃料燃烧。

在低负载(BMEP = 0.24 MPa),当CR减少,燃烧法的极大值不断降低,图4(一),这反映了在最大缸温度的降低值5]。

影响CR的积分放热或燃烧效率是显示在图4 (b)。燃烧室形状的变化,与CR的减少,会导致某些燃烧效率的降低。

在柴油发动机中,气缸压力取决于燃烧燃料馏分在预混合燃烧阶段,也就是说,燃烧的初始阶段。汽缸压力特征的能力燃料与空气混合和燃烧状态。实验发动机有一个旧的燃油喷射系统喷射压力较低。因为我们不能得到现代燃油喷射系统,我们决定做测试与现有的燃油喷射系统。因此,所有结果取得了较低的注射压力。

感觉功能是最著名的方程或函数用于造型(IC)发动机的燃烧过程。氛围函数通常用于近似实际发动机的热释放特征。整体氛围函数给出了分数以来一直燃烧的燃料质量燃烧的开始。

本文描述的方法模拟燃烧过程中,有目的的工作制度和(CR)值影响双重氛围函数参数(24]。如果操作过程中柴油机DI和预混合燃烧建模,双重氛围函数的使用是必要的(5]。与不同的爆炸(DI)柴油发动机燃烧和扩散燃烧,一个模型基于一个氛围函数不能描述燃烧过程的特征形式。在这种情况下,有必要使用一个模型基于两个氛围函数的叠加,一个模拟爆炸部分(指数“1”)和其他模拟扩散部分(指数“2”),如下:

双重氛围函数表示为第一和第二部分的总和氛围功能:

在哪里(我) :归一化累积释放热量燃烧(质量分数);(2) :曲柄角(CA);(3)米₁,米₂:氛围函数形状参数(第一和第二功能部分);(iv) , :角初始和当前时间之间的第一和第二氛围功能;(v) , :持续时间的角度每个简单的氛围函数(热释放持续时间);(vi)C:氛围函数参数( );和(七) :分享的燃料质量燃烧在第一次感觉功能(爆炸燃烧)。

为了建立的影响CR双重氛围函数的参数,相应的实验和理论研究的柴油机(CR)进行改变。研究结果在图所示5。可以看到,一个好的匹配模型和实验。

变化的识别燃烧过程参数呈现在图6作为函数的CR。CR在恒定转速和负荷的增加导致明显降低氛围函数的系数,数据6(一)和6 (b)。

测试表明,持续时间第一个角燃烧爆炸的一部分几乎是恒定的,(= 9度CA),在造型和这个值保持不变。燃烧的总时间角度(=),增加与CR的增加,图6 (c)。它的结果与扩散燃烧大量的燃料燃烧,如图5。

在第一次爆炸燃烧的燃料量第一感觉功能的一部分,(),显著降低与CR的增加不断注入的燃料和发动机转速恒定,人物6 (d)。也连接到一个短期内的点火延迟CR更高。

燃烧的初始角(start) ()在恒燃油喷射定时(= 18日5度CA)集中CR的增加而增加,由于点火延迟期短,这是由于较高的最大温度目前燃油喷射的人物6 (e)。

所有的测试与实验进行发动机和传统柴油机燃油喷射系统:燃料供给pump-pipe-fuel喷射器。注射压力是20 MPa。实验发动机直接注入(DI)有两个阀和喷油器4-hole(喷嘴)。

3.2。压缩比的最佳值

缸内最大压力()和废气温度()的功能引擎负载BMEP(或者我们有效工作)对不同(CR)值在图所示7。

与(CR)和发动机负荷的增加,在同样的注入时机(18.5度CA)在上死点之前(BTDC),最高气缸压力增加。这个不良的增加()是紧随其后的是一个相对改善雾化的更大数量的燃料在气缸压力和发动机温度高。因为燃烧过程条件的改善,整个工作过程改进。此外,CR增加时,()值下降,图7,揭示了简单的等熵关系在高铬。类似的结果可以存在于文献[25]。

精简燃料混合物用于发动机在低负载下运行。因此,在燃烧过程中释放的热量却降低了。此外,相对较低的燃油喷射压力,这是非常糟糕的分散,导致大型燃料液滴的存在。由于这是发动机零件的特定温度的降低,降低缸内温度在第一阶段燃油喷射。我们也可以看到重叠()中间所有的加载机制(CR)值。

依赖BSFC-brake燃油消耗率和CR呈现在图8为最佳的注射时间,在不同的负载条件。

CR的增加导致更少的燃油消耗率的增加在低负载条件下,然后,它更集中提高CR (ε= 14),图8。

首先在高负荷条件下,燃料消耗降低和附近达到最小值的压缩比(ε= 15)然后再开始成长的进一步增加(CR),图8。发动机转速的增加导致增加机械和气动损失和燃料消耗量的增加,图8。燃烧过程负责增加的燃料消耗。这明显的是一个组合应用程序的低铬和注入时间缩短,当点火的延迟变得更长,因此,燃烧过程是长期扩张中风。这是紧随其后的是降低缸内最大压力和温度,当温度在扩张过程中显示了一个倾向于增加(5]。因此,损失变得更大,这可能是提高燃油消耗率紧随其后。

的最优值的CR引擎最小油耗随负载的增加,图9。在满载,最小油耗实现(ε= 17.5),而在低负荷条件下,最小油耗实现(ε= 12)。

在中低负荷下,发射的()的增加而提高CR,图10。在高负载下,()排放的增加先增加然后减少CR和达到最小值(ε= 15),图10。在高负载的情况下,最小的()达到排放(ε= 15),图11。

的最大价值的CR在所有负载的情况下,最大温度发生在发动机汽缸内。大量的自由氧在低负载的情况下,尽管相对较低的最大温度对满载,导致形成的最大数量()。排放随负荷增加,在高铬值。

在CR的最小值在低负载的情况下,我们有工作循环内最大温度最低。这导致形成的最低金额()。与负载的增加,温度升高和自由氧的数量减少。因此,在过程的开始,生产的数量()增加,但当自由氧的数量减少,减少的数量生产()将出现负荷增加5]。

粒子发射(PM)是最小的在中负载和增加如果引擎运行在低或高的负载。同时,(PM)排放随CR在所有负荷的增加,图12,所以最优CR (ε= 12),图13。一般来说,在极低负载的情况下,(PM)发射更大。的主要原因,这是一个相对较低的注射压力的少量的燃料不分裂。随着燃料量的增加有一个负载增加,这种效果是减毒和一定的减少(PM)发射发生,因此,在大负载的情况下,它将再次开始增加。由于燃烧室体积增加如果CR减少;因此空气在气缸的数量增加,并减少的原因(PM)发射当CR减少(5]。

通用图显示的趋势分析(CR)相同的值的变化几乎等于燃料消耗和排放。最优()排放是通过后注入,而最低消费和下午早些时候通过注入。

多个注入策略结合EGR技术提供了潜在的改善发动机排放之间的妥协,在柴油发动机噪音,燃油经济性较低的CR。

4所示。结论

可以编写以下广义结论从显示的研究在实验工作和造型:(我)录像机引擎提供了潜在的提高燃烧效率和减少排放在不同负载和速度条件下;(2)燃烧模型和实验吻合良好法律特征形状的发展正是在直接喷射柴油发动机是通过建模与双重氛围功能;(3)初始燃烧角度密集随压缩比的增加由于点火延迟期短,这是由于更高的温度目前燃油喷射;这次调查显示,爆炸燃烧的持续时间的角度几乎是恒定的一部分,这个值建模期间保持不变。总燃烧持续时间角随压缩比的增加,因为更高的质量和同样的燃烧是通过所有阶段划分;(iv)在第一阶段燃烧的燃料量与压缩比的增加显著降低,通过不断的注入燃料和发动机转速恒定。这也是连接到缩短点火延迟时间在更高的压缩比;(v)价值最优压缩比的发动机运行用最少的燃料消耗增加随着负载的增加。在满载,燃料消耗是最小的最大压缩比为17.5,而在低负载,实现燃料消耗最小压缩比12;(vi)在低压缩比的12.1发动机启动困难得多,和较高的操作继续敲门;和(七)从最小的角度排放,最优压缩比在满载的值为15。颗粒介质排放是最小的负载和增加如果发动机运行在低或高负载。同时,颗粒排放随压缩比的增加,最优压缩比是12。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

本文研究的结果在项目TR35041由科学技术部塞尔维亚共和国的发展。

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