Достижения в области автомобилестроения
Открытый доступ

Абстрактный

Диагностика сгорания водного этанола в двигателе с искровым зажиганием

Caio H Rufino, Waldyr LR Gallo and Janito V Ferreira

Оценивая продолжительность сгорания и развитие пламени, можно оценить эффекты использования нового типа топлива. Это позволяет оптимизировать эксплуатационные параметры, такие как момент зажигания, соотношение воздух-топливо и открытие дроссельной заслонки с точки зрения эффективности, детонации, выбросов и производительности. В этой работе оценивалось сгорание бразильского водного этанольного топлива в коммерческом двигателе Flexfuel. Исследования проводились путем проведения анализа тепловыделения экспериментальных данных и предоставления характеристик сгорания. Экспериментальная конструкция включала изменения частоты вращения двигателя, нагрузки, момента зажигания и соотношения воздух-топливо в условиях обедненной смеси. Результаты показали взаимосвязь между параметрами двигателя и характеристиками сгорания в широком диапазоне условий эксплуатации и определили взаимосвязь между физическими характеристиками топлива и его сгоранием в коммерческом двигателе. При высокой частоте вращения двигателя обедненное сгорание имело аналогичную продолжительность стехиометрического сгорания. При сравнении характеристик сгорания, полученных для водного этанола со сгоранием бензина, основными отмеченными различиями были пониженная чувствительность к детонации и более короткая продолжительность сгорания, хотя температура в начале сгорания была ниже для этанола. В дополнение к более короткой продолжительности сгорания, этанол показал более низкое значение для показателя Вибе. Результаты, полученные из значений продолжительности сгорания и параметров функции Вибе, позволяют составить набор данных, необходимых для упрощенного моделирования сгорания. Диагностика сгорания является мощным инструментом,
используемым в двигателях внутреннего сгорания, и она предоставляет информацию о характеристиках сгорания с использованием термодинамического подхода. Она выполняется с использованием измеренного давления в цилиндре, поскольку это наиболее доступное термодинамическое свойство в цилиндре.1 Влияние сгорания на давление в цилиндре можно изолировать от других явлений, таких как прорыв газов, теплопередача, изменение внутренней энергии и работа.2 Выходные данные процедуры известны как профили кажущегося тепловыделения (AHR) и скорости тепловыделения (HRR). Начало сгорания (SOC), конец сгорания (EOC) и другие вторичные параметры, такие как продолжительность сгорания, задержка воспламенения и форма сгорания, можно вывести из профиля AHR.
Таким образом, можно выполнить этот анализ, чтобы определить влияние на сгорание таких конструктивных параметров двигателя, как геометрия поршня, степень сжатия и фазы газораспределения, а также эксплуатационных параметров, которые постоянно регулируются электронным блоком управления (ЭБУ) во время работы двигателя, таких как соотношение воздуха и топлива, момент зажигания и нагрузка. Из профиля HRR также можно понять влияние каждого тестируемого параметра на фазы сгорания, в частности, фазу развития пламени (обычно фаза до тех пор, пока не сгорит 10% топлива), фазу быстрого сгорания (сгоревшее топливо составляет от 10% до 90%) и фазу гашения.3 Было проведено много исследований двигателей с искровым зажиганием (SI), и можно вывести массовую долю сгоревшего топлива (MFB) из профиля AHR, зная захваченную массу в цилиндре и энергетическое содержание топлива, тем самым предоставляя значение для доли сгоревшего топлива по циклу двигателя. Другие методы могут характеризовать сгорание с более детальным и микроскопическим подходом. Например, рост пламени, структура и скорость могут быть измерены в оптических двигателях или закрытых сосудах, чтобы получить влияние определенных параметров на горение
Jeffery EH.
например, соотношение воздуха и топлива, 5 концентрация разбавителя 6 и температура.7 Такие анализы также могут быть использованы для представления сравнений между различными типами топлива 8,9 Однако определение влияния комбинированного изменения многих параметров в широких рабочих условиях двигателя может быть сложной задачей. Таким образом, диагностика сгорания по-прежнему является надежным инструментом для характеристики сгорания и может использоваться параллельно с этими методами, основанными на более теоретическом подходе. Более того, диагностика сгорания может предоставить данные для моделей MFB на основе данных для моделирования двигателя. Наиболее часто используемой корреляцией, описывающей профиль MFB, является функция Вибе.10 Следовательно, несколько исследований в области диагностики сгорания оценивали характеристики сгорания путем подгонки параметров функции Вибе к изучаемому случаю.