Характеристики двигателя: Основные показатели двигателя: мощность, крутящий момент, расход

Технические характеристики двигателя

Главная  /  Учебник по устройству автомобиля  /  Глава 4. Двигатель » Подраздел 4.4 Основные технические характеристики двигателя

О любом двигателе можно получить представление, зная набор определенных технических параметров.

Диаметр цилиндра. Имеется в виду внутренний диаметр цилиндра. Обычно измеряется в нескольких точках и рассчитывается как среднее арифметическое из полученных данных.

Ход поршня — это расстояние, которое поршень проходит от ВМТ до НМТ. Равняется также удвоенному радиусу кривошипа.

Примечание
Обычно при описании технических характеристик двигателя диаметр цилиндра и ход поршня записываются вместе, через знак «х», например 95 х 85 мм. Если ход поршня превышает диаметр цилиндра, двигатель называют длинноходным, если наоборот – короткоходным.

Рисунок 4.4 Ход поршня.

Радиус кривошипа – это расстояние, на которое шатунная шейка (та, к которой крепится шатун) отведена от оси коренной шейки коленчатого вала, как показано на рисунке 4. 4.

Рабочий объем двигателя – объем пространства, заключенный между ВМТ и НМТ поршня, умноженный на количество цилиндров. Измеряется в сантиметрах кубических (см³) или литрах (л). А объем, который находится над поршнем, когда тот установлен в ВМТ, называется объемом камеры сгорания. Сумма объема камеры сгорания и рабочего объема называется полным объемом. Обычно в характеристиках полный объем не приводится, однако используется для получения такого немаловажного параметра, как степень сжатия.

Степень сжатия – отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Данный параметр характеризует то, во сколько раз сжимается топливовоздушная смесь в цилиндре. Записывается обычно в виде соотношения, например, 14:1 – в данном случае имеется в виду, что камера сгорания по объему в 14 раз меньше полного объема. Степень сжатия влияет на эффективность и мощность двигателя: чем выше, тем эффективнее, но есть и ограничения, ввиду особенностей используемого топлива (смотрите ниже в разделе «Система питания современных двигателей»).

Примечание
Если двигатель бензиновый, то бесконечно увеличивать степень сжатия нельзя, так как вместе с этим увеличивается вероятность детонации топливовоздушной смеси и, как следствие, происходит выход из строя всего двигателя. Подробнее о детонации будет рассказано ниже.

Рядность – обозначение взаимного расположения цилиндров. Двигатель может быть рядным, V-образным, W-образным.

Рисунок 4.5 Различные варианты взаимного расположения цилиндров.

Порядок работы. Если в двигателе больше двух цилиндров, то для более равномерной и сбалансированной работы агрегата необходимо, чтобы рабочий ход в каждом из цилиндров реализовывался не одновременно, а в определенной последовательности, при этом очередность определяется, в основном, количеством цилиндров.

Примечание
Для ДВС с одинаковым количеством цилиндров может быть несколько вариантов порядка работы.

Так, например, самый распространенный порядок работы четырехцилиндрового двигателя: 1 – 3 – 4 – 2. Такая запись говорит о том, что сначала рабочий ход будет совершать поршень первого цилиндра, затем третьего, четвертого и второго, соответственно.

Для примера опишем работу четырехцилиндрового рядного двигателя.

Рисунок 4.6 Схематическое изображение четырехтактного четырехцилиндрового рядного двигателя.

В четырехтактном четырехцилиндровом рядном двигателе (показан на рисунке 4.6) кривошипы коленчатого вала расположены в одной плоскости: два крайних кривошипа 1-й и 4-й под углом 180° к двум средним — 2-му и 3-му. При вращении вала поршни первого и четвертого, а также второго и третьего цилиндров попарно движутся в одном направлении. Когда поршни первого и четвертого цилиндров приходят в НМТ, поршни второго и третьего цилиндров находятся в ВМТ, и наоборот. В каждом из цилиндров рабочий цикл завершается за два оборота коленчатого вала, а чередование тактов подобрано таким образом, что одновременно во всех цилиндрах происходят разные такты. Этим обеспечивается равномерность вращения вала.

Предположим, что при первом полуобороте вала (от 0 до 180°) в первом цилиндре поршень идет от ВМТ до НМТ и в нем происходит рабочий ход. Тогда в четвертом цилиндре поршень также движется к НМТ, но происходит впуск горючей смеси. Во втором и третьем цилиндрах поршни движутся к ВМТ, при этом в третьем цилиндре идет сжатие рабочей смеси, а во втором — выпуск отработавших газов.

Примечание
Моменты открытия и закрытия клапанов регулируются распределительным валом (подробнее рассмотрено ниже).

В течение дальнейших трех полуоборотов коленчатого вала в каждом из цилиндров такты будут следовать в обычной для четырехтактного процесса очередности.

К тому времени, когда вал закончит четвертый полуоборот, во всех цилиндрах произойдут все такты рабочего цикла. При дальнейшем вращении вала такты будут повторяться в той же последовательности.

При работе четырехтактного четырехцилиндрового двигателя на каждый полуоборот коленчатого вала приходится один рабочий ход, причем рабочие ходы чередуются не в порядке расположения цилиндров, а в другой последовательности. Сначала рабочий ход происходит в первом цилиндре, затем в третьем, далее в четвертом и, наконец, во втором, т. е. рабочие ходы чередуются в порядке 1 — 3 — 4 — 2. Этот порядок чередования рабочих ходов по цилиндрам называется порядком работы двигателя.

Рисунок 4.7 Полуобороты коленчатого вала.

При одной и той же форме расположения кривошипов вала, но при другом порядке открытия и закрытия клапанов, что зависит от конструкции механизма газораспределения, четырехцилиндровый двигатель может иметь другую последовательность чередования тактов и другой порядок работы. Если при первом полуобороте вала в третьем цилиндре будет происходить такт выпуска, а во втором — такт сжатия, то чередование тактов в двигателе изменится, и получится порядок работы 1 — 2 — 4 — 3.

Компрессия в цилиндре – максимальное давление, создаваемое в цилиндре при сжатии воздуха поршнем. Зачастую измеряется в барах или кг/см2. Часто степень сжатия путают с компрессией. Однако надо всегда помнить, что степень сжатия — параметр исключительно геометрический, в отличие от компрессии.

Мощность двигателя – работа двигателя, совершаемая в единицу времени, измеряется в лошадиных силах (л. с.) или киловаттах (кВт). Проще говоря, мощность — это параметр, который описывает, как быстро может вращаться коленчатый вал двигателя. Чтобы лучше понять, представьте, что вы велосипедист, а мощность — это характеристика, описывающая, как быстро вы можете крутить педали.

Крутящий момент – произведение силы на плечо. В случае двигателя внутреннего сгорания — это тяга, создаваемая на коленчатом валу, иначе говоря — сила, с которой поршень давит через шатун на шатунную шейку коленчатого вала, умноженная на радиус кривошипа (смотрите выше). Чтобы было понятней, вернемся к велосипедисту. Величина тяги на оси педалей зависит как от длины педали (плеча), так и от силы, с которой велосипедист давит на эту педаль. Измеряется крутящий момент в Ньютон на метр (Н·м).

Please enable JavaScript to view the comments powered by Disqus.
comments powered by Disqus

Основные параметры и характеристики двигателя

Строительные машины и оборудование, справочник

Основные параметры и характеристики двигателя

Работа двигателя характеризуется тремя основными параметрами: мощностью, крутящим моментом и удельным расходом топлива. Различают индикаторную, эффективную, литровую и налоговую мощность.

Индикаторная мощность, развиваемая в цилиндре двигателя, не может быть полностью использована для выполнения полезной работы. Часть ее расходуется на преодоление трения между сопряженными деталями двигателя (цилиндр — поршень, коленчатый вал — подшипники), на привод вспомогательных механизмов (водяной и масляный насосы, вентилятор, генератор и др.), на процесс газообмена в цилиндре (впуск свежего заряда и выпуск отработавших газов). Мощность, равноценная этим потерям, называется мощностью механических потерь NM. Величина NM зависит от типа двигателя и условий его эксплуатации. На величину NM оказывает влияние температура охлаждающей жидкости и масла в Двигателе.

Одним из основных показателей качества двигателя является его экономичность, которая определяется количеством топлива GT в килограммах, расходуемым двигателем за 1 ч работы. Параметрами, характеризующими экономичность работы двигателя, являются индикаторный и эффективный удельные расходы топлива.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Тепловой баланс двигателя может определяться экспериментально или расчетным путем.

Автотракторный двигатель эксплуатируется в условиях переменных нагрузок, частого изменения скоростного режима, поэтому мощность двигателя всегда должна соответствовать такой величине, при которой машина движется с требуемой скоростью, обеспечивает заданные динамические качества при высокой топливной экономичности. Для оценки технико-экономических показателей двигателей при работе в различных условиях пользуются характеристиками двигателей. Характеристикой называется графическая зависимость одного из основных показателей работы двигателя (эффективная мощность Ne, эффективный крутящий момент Ме, частота вращения пе коленчатого вала, эффективный удельный расход топлива ge) от другого показателя или фактора, влияющего на его работу. Характеристики двигателей снимаются во время испытаний на специальных стендах при установившихся режимах работы.

Различают скоростные, нагрузочные и регулировочные характеристики двигателей.

Скоростная характеристика представляет собой зависимость эффективной мощности Ne, эффективного крутящего момента на валу двигателя Ме, эффективных часового де и удельного ge расходов топлива от частоты вращения коленчатого вала пе. Различают внешнюю скоростную характеристику, соответствующую полному открытию дроссельной заслонки карбюраторного двигателя или аксимальной подаче топлива в дизеле, и частичные скоростные характеристики, полученные при неполностью открытых дроссель-ных заслонках или подачах топлива. Внешняя скоростная характеристика карбюраторного двигателя снимается в диапазоне от минимальной устойчивой частоты вращения, соответствующей номинальной эффективной мощности. При малой частоте вращения коленчатого вала развиваемая двигателем мощность Ne невелика ввиду медленного сгорания топлива, сопровождаемого большой теплоотдачей.

Рис. 1. Внешние скоростные характеристики двигателей

Однако с дальнейшим увеличением пе рост развиваемой двигателем мощности начинает замедляться вследствие уменьшения среднего эффективного давления ре в цилиндрах из-за уменьшения коэффициента наполнения и увеличения механических потерь.

Внешнюю скоростную характеристику дизеля снимают при максимальной подаче топлива в цилиндры на определенном скоростном режиме, бездымной работе и наивыгоднейшем угле опережения впрыска топлива. В диапазоне частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу от пх до пt двигатель может работать только без нагрузки.

Рекламные предложения:

Читать далее: Топлива, применяемые для двигателей внутреннего сгорания

Категория: —
Автомобили и трактора

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Основы двигателя

Основы двигателя

Ханну Яаскеляйнен, Магди К. Хайр

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите под номером , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

• Эффективность двигателя

Реферат :
Поршневые двигатели внутреннего сгорания — подкласс тепловых двигателей — могут работать в четырех- и двухтактном циклах. В каждом случае двигатель может быть оснащен системой сгорания с искровым зажиганием (SI) или с воспламенением от сжатия (CI). Возможен ряд других классификаций двигателей, основанных на подвижности двигателя, применении, топливе, конфигурации и других конструктивных параметрах. Теоретически процесс сгорания можно смоделировать, применив к процессам в цилиндре двигателя законы сохранения массы и энергии. Основные конструктивные и эксплуатационные параметры двигателей внутреннего сгорания включают степень сжатия, рабочий объем, объем зазора, выходную мощность, указанную мощность, тепловой КПД, указанное среднее эффективное давление, среднее эффективное тормозное давление, удельный расход топлива и многое другое.

• Тепловые двигатели
• Классификация поршневых двигателей внутреннего сгорания
  • Четырехтактные и двухтактные циклы
  • Другие классификации двигателей
• Основы поршневого двигателя внутреннего сгорания
• Рабочие параметры двигателя

Определение и классификация

Тепловые двигатели — это машины для преобразования энергии: они преобразуют химическую энергию топлива в работу, сжигая топливо в воздухе для получения тепла. Это тепло используется для повышения температуры и давления рабочая жидкость , которая затем используется для выполнения полезной работы. Тепловые двигатели можно классифицировать как:

• Двигатели внутреннего сгорания , в которых продукты сгорания или реагенты (воздух и топливо) служат рабочим телом двигателя, или
• Двигатели внешнего сгорания , в которых энергия передается (например, через теплообменник) рабочей жидкости, отделенной от продуктов сгорания или реагентов.

Двигатели также можно разделить на поршневые или роторные:

• В поршневых двигателях рабочая жидкость используется для линейного перемещения поршня. Затем линейное движение обычно преобразуется во вращательное движение с помощью кривошипно-ползункового механизма (шатун / коленчатый вал).
• В роторном двигателе рабочая жидкость раскручивает ротор, соединенный с выходным валом.

Двигатели внутреннего сгорания

В двигателях внутреннего сгорания (ДВС) рабочее тело состоит из воздуха, топливно-воздушной смеси или продуктов сгорания самой топливно-воздушной смеси. Поршневые двигатели с возвратно-поступательным движением являются, пожалуй, наиболее распространенной формой известных двигателей внутреннего сгорания. Они приводят в действие автомобили, грузовики, поезда и большинство морских судов. Они также используются во многих небольших утилитах. Они могут работать на жидком топливе, таком как бензин и дизельное топливо, или на газообразном топливе, таком как природный газ и сжиженный нефтяной газ. Двумя распространенными подкатегориями поршневых двигателей с возвратно-поступательным движением являются 9.0036 двухтактный и четырехтактный двигатель . Примеры роторных двигателей внутреннего сгорания включают роторный двигатель Ванкеля и газовую турбину.

Общие цели при проектировании и разработке всех тепловых двигателей включают: максимизацию работы (выходной мощности), минимизацию потребления энергии и уменьшение загрязняющих веществ, которые могут образовываться в процессе преобразования химической энергии в работу. На рис. 1 показаны основные узлы поршневых двигателей внутреннего сгорания. Конструкция магистрального двигателя является наиболее распространенной, хотя термин «магистральный двигатель» редко используется за пределами индустрии крупных двигателей. Конструкция крейцкопфа в настоящее время используется только в больших тихоходных двухтактных двигателях. Впускные и выпускные клапаны для простоты опущены, однако стоит отметить, что в некоторых конструкциях двухтактных двигателей вместо клапанов используются впускные и выпускные отверстия.

Рисунок 1 . Основные узлы поршневых тронковых (а) и крейцкопфных (б) двигателей

Как двух-, так и четырехтактный поршневой двигатель внутреннего сгорания может быть оснащен системой сгорания с искровым зажиганием (SI) или с воспламенением от сжатия (CI).

Обычно системы с искровым зажиганием характеризуются предварительно смешанным зарядом (т. е. топливо и воздух смешиваются перед воспламенением) и внешним источником воспламенения, таким как свеча зажигания. Предварительное смешение может происходить во впускном коллекторе или в цилиндре. Хотя предварительно смешанный заряд имеет относительно однородное пространственное распределение воздуха и топлива в большинстве применений, это распределение также может быть неоднородным. Горение инициируется искрой, и пламя распространяется наружу вдоль фронта от места искры. Говорят, что сгорание в двигателях SI контролируется кинетическим путем, потому что вся смесь легко воспламеняется, а скорость сгорания определяется тем, насколько быстро химическая реакция может поглотить эту смесь, начиная с источника воспламенения.

Обычные дизельные двигатели характеризуются впрыском топлива непосредственно в цилиндр примерно в то время, когда требуется зажигание. В результате заряд воздуха и топлива в этих двигателях очень неоднороден: одни регионы чрезмерно обогащены, а другие — обеднены. Между этими крайностями будет существовать смесь топлива и воздуха в различных пропорциях. При впрыске топливо испаряется в этой высокотемпературной среде и смешивается с горячим окружающим воздухом в камере сгорания. Температура испаряемого топлива достигает температуры самовоспламенения и самовоспламеняется, чтобы начать процесс горения. Температура самовоспламенения топлива зависит от его химического состава. В отличие от системы SI, сгорание в двигателях с воспламенением от сжатия может происходить во многих точках, где соотношение воздух-топливо и температура могут поддерживать этот процесс. Говорят, что основная часть процесса сгорания в двигателях с центральным охлаждением регулируется смешиванием, поскольку скорость контролируется образованием воспламеняющихся смесей воздуха и топлива в камере сгорания.

В некоторых случаях различие между двигателями SI и CI может быть размыто. Из-за стремления сократить выбросы и расход топлива были разработаны системы сгорания, которые могут использовать некоторые функции двигателей как с SI, так и с CI; например, самовозгорание предварительно смешанных смесей бензина, дизельного топлива или их смеси.

Газовые турбины, рис. 2, являются еще одним примером двигателей внутреннего сгорания. Однако, в отличие от поршневых двигателей, сгорание происходит отдельно в специальной камере сгорания.

Рисунок 2 . Газовая микротурбина для увеличения запаса хода в транспортных средствах средней и большой грузоподъемности.

(Источник: Wrightspeed Inc.)

Двигатели внешнего сгорания

В двигателях внешнего сгорания рабочее тело полностью отделено от топливно-воздушной смеси. Тепло от продуктов сгорания передается рабочему телу через стенки теплообменника. Паровой двигатель является хорошо известным примером двигателя внешнего сгорания.

Примером поршневого двигателя внешнего сгорания является двигатель Стирлинга, в котором тепло передается рабочему телу при высокой температуре и отводится при низкой температуре. Тепло, добавленное к рабочей жидкости, может быть получено практически из любого источника тепла, такого как сжигание ископаемого топлива, дерева или любого другого органического материала.

Цикл Ренкина, на котором основаны многие конструкции паровых двигателей, является еще одним примером двигателя внешнего сгорания. Тепло, добавляемое из внешнего источника, повышает температуру жидкости, такой как вода, до тех пор, пока она не превратится в пар, который используется для движения поршня или вращения турбины. Паровые двигатели приводили в движение автомобили в США между 1900 и 1916; однако к 1924 году они почти исчезли. Паровые грузовики были популярны в Англии до середины 1930-х годов. В то время как паровые локомотивы во многих странах постепенно заменялись тепловозами на протяжении большей части 20 ^го века, некоторые из них оставались на магистральных линиях вплоть до 21 ^го века. Причины отказа парового двигателя как основного двигателя в мобильных приложениях заключались в размере и количестве основных компонентов, необходимых для их работы, таких как печь, котел, турбина, клапаны, а также в их сложном управлении 9.0100 [422] . Паровая турбина, которая до сих пор используется на многих стационарных электростанциях, является примером роторного двигателя внешнего сгорания.

В 21-м ^-м -м веке акцент на повышении эффективности двигателя возродил интерес к циклу Ренкина для мобильных приложений — в форме рекуперации отработанного тепла выхлопных газов (WHR). В то время как в некоторых из этих устройств используется пар, в других используются органические жидкости, которые лучше подходят для применений с относительно низкой температурой выхлопных газов автомобиля. Из-за сочетания цикла Ренкина и органической рабочей жидкости эти системы часто называют системами рекуперации отработанного тепла с органическим циклом Ренкина (ORC).

###

Исследование и влияние угла опережения зажигания на работу бензинового двигателя и выбросы | European Transport Research Review

• Оригинальный документ
• Открытый доступ
• Опубликовано: 25 апреля 2013 г.

• Дж. Зари ¹ и
• А. Х. Какаи ¹  

Европейский обзор транспортных исследований
том 5 , страницы 109–116 (2013 г.)Процитировать эту статью

• 51 тыс. обращений

• 30 цитирований

• Сведения о показателях

Abstract

Введение

Момент зажигания в двигателе с искровым зажиганием представляет собой процесс установки времени, когда в камере сгорания произойдет воспламенение (во время такта сжатия) относительно положения поршня и угловой скорости коленчатого вала. Установка правильного угла опережения зажигания имеет решающее значение для производительности и выбросов выхлопных газов двигателя. Цель настоящей работы состоит в том, чтобы оценить, может ли изменение угла опережения зажигания влиять на выбросы выхлопных газов и характеристики двигателя SI.

Метод

Для достижения этой цели при частоте вращения 3400 об/мин момент зажигания был изменен в диапазоне от 41° до ВМТ до 10° до ВМТ, а для оптимизации работы был разработан угол опережения зажигания при полностью открытой дроссельной заслонке и наконец, получают и обсуждают рабочие характеристики, такие как мощность, крутящий момент, BMEP, объемный КПД и выбросы.

Результаты

Результаты показывают, что оптимальная мощность и крутящий момент достигаются при 31°C перед верхней мертвой точкой и объемный КПД, BMEP увеличиваются с увеличением угла опережения зажигания. О ₂ , CO ₂ , CO был почти постоянным, но HC с опережением опережения зажигания увеличивался, и наименьшее количество NO _x достигается при 10 ВМТ.

Выводы

В заключение было получено, что угол опережения зажигания можно использовать как альтернативный способ прогнозирования работы двигателей внутреннего сгорания. Также было обнаружено, что частота вращения двигателя и положение дроссельной заслонки значительно влияют на характеристики этого двигателя.

Введение

Работа двигателей с искровым зажиганием зависит от многих факторов. Одним из самых важных является момент зажигания. Кроме того, это один из наиболее важных параметров для оптимизации эффективности и выбросов, позволяющий двигателям внутреннего сгорания соответствовать будущим целям и стандартам выбросов [1]. С момента появления первого четырехтактного двигателя Отто разработка двигателя с искровым зажиганием достигла высокого уровня успеха. В первые годы главными задачами конструкторов двигателей были увеличение мощности и надежности двигателя. Однако в последние годы момент зажигания привлек повышенное внимание к разработке усовершенствованных двигателей SI для достижения максимальной производительности [2, 3].

Чан и Чжу работали над моделированием термодинамики в цилиндрах при высоких значениях задержки воспламенения, в частности над влиянием задержки зажигания на распределение давления в цилиндре. Также были рассчитаны температура газа в цилиндре и захваченная масса при различных условиях зажигания [4]. Сойлу и Герпен разработали двухзонную термодинамическую модель для исследования влияния момента зажигания, состава топлива и коэффициента эквивалентности на скорость горения и давление в цилиндре для двигателя, работающего на природном газе [5]. Был проведен анализ скорости горения для определения периода возникновения и распространения пламени при различных режимах работы двигателя [5].

Модель нульмерного термодинамического цикла с двухзонной моделью сжигания/несгорания, в основном основанная на работе Фергюсона и Крикпатрика [6], была разработана для прогнозирования давления в цилиндре, выполненной работы, тепловыделения, энтальпии выхлопных газов и т.д. вперед. Нульмерная модель основана на первом законе термодинамики, в котором устанавливается эмпирическая связь между скоростью сгорания топлива и положением кривошипа.

Сегодня поддержание чистоты окружающей среды стало важной проблемой в промышленно развитом обществе. Загрязнение воздуха, вызванное автомобилями и мотоциклами, является важной экологической проблемой, которую необходимо решить. Для этой цели поиск новых альтернативных источников энергии вместо нефти в двигателях внутреннего сгорания становится необходимостью как никогда.

Испытательный двигатель

На полностью автоматизированном испытательном стенде, экспериментальном стандартном двигателе находится в лаборатории компании «Иран Ходро». Первый набор рабочих характеристик был получен при изменении угла синхронизации, давление во впускном коллекторе составляло 100 кПа, а эквивалентность поддерживалась на уровне единицы. Технические характеристики испытательного двигателя приведены в таблице 1.

Таблица 1 Технические характеристики двигателя

Полноразмерная таблица

Двигатель установлен на полностью автоматизированном испытательном стенде и соединен с вихретоковым динамометром Schenck W130, способным поглощать нагрузку и приводить в движение двигатель. Имеется один электрический датчик скорости и один датчика нагрузки, сигналы от которых подаются на индикаторы на панели управления и на контроллер. С помощью ручек на панели управления оператор может настроить динамометр на контроль скорости или нагрузки. Также имеется возможность установки угла опережения зажигания с помощью переключателя на панели управления. Циркуляция охлаждающей жидкости и смазочного масла осуществляется насосами с электрическим приводом, а температура регулируется теплообменниками с подачей воды. Нагреватели используются для поддержания температуры масла и охлаждающей жидкости во время прогрева и в условиях легкой нагрузки. На рис. 1 показана панель управления и испытательный двигатель на динамометрическом стенде.

Рис. 1

Панель управления и испытательный двигатель на динамометре

Изображение в полный размер

Метод

Прибор для анализа выхлопных газов

Прибор для анализа выхлопных газов состоит из серии анализаторов для измерения сажи, NOx, CO и общего количества несгоревшего Углеводороды (УВ). Уровень дыма (сажи) в выхлопных газах измерялся с помощью «AVL Di Gas», показания которого представлены в единицах Харта (% непрозрачности) или эквивалентной плотности дыма (сажи) (миллиграммы сажи на кубический метр выхлопных газов). ). Концентрация оксидов азота в ppm (частей на миллион по объему) в выхлопных газах измерялась анализатором «Сигнал» серии-4000, оснащенным обогреваемой линией с термостатическим управлением.

Экспериментальные ошибки

Никакая физическая величина не может быть измерена с полной уверенностью; всегда есть ошибки в любом измерении. Это означает, что если мы измерим некоторую величину, а затем повторим измерение, то почти наверняка во второй раз измерим другую величину.

Однако по мере того, как мы проявляем большую осторожность в наших измерениях и применяем все более совершенные экспериментальные методы, мы можем уменьшить ошибки и, таким образом, обрести большую уверенность в том, что наши измерения все больше приближаются к истинному значению [7].

Объединение ошибок в расчетах

При выполнении нескольких измерений и их объединении в формулы результирующая ошибка будет представлять собой комбинацию отдельных ошибок. Хотя ошибки могут компенсироваться, мы должны вычислить максимально возможную ошибку, предполагая, что ошибки аддитивны [8, 9].

Сначала преобразуйте абсолютные ошибки в % ошибок. Максимально возможная ошибка определяется путем сложения % ошибок вместе. Если при расчете показание возводится в степень, то % ошибки для этой части представляет собой произведение мощности на % ошибки. Как правило, ошибки можно разделить на два широких и грубых, но полезных класса: систематические и случайные.

Систематические ошибки — это ошибки, которые имеют тенденцию к систематическому сдвигу всех измерений, так что их среднее значение смещается. Это может быть связано с такими вещами, как неправильная калибровка оборудования, постоянное неправильное использование оборудования или неспособность должным образом учесть какой-либо эффект [10].

Источниками систематических ошибок являются внешние воздействия, которые могут изменить результаты эксперимента, но поправки на которые недостаточно известны. В науке причины, по которым часто требуется несколько независимых подтверждений экспериментальных результатов (особенно с использованием разных методов), заключаются в том, что разные устройства в разных местах могут подвергаться различным систематическим эффектам. Поэтому следует учитывать погрешности прибора перед тестированием.

Комбинированная ошибка вычислений

Коэффициент вероятной ошибки в каждом среднем, полученном из комбинированных ошибок каждой части. Предположим, что M равно u ₁ ,   u ₂ ,   …  u _n
независимая переменная n функция количества [11, 12]

$$ \begin{array}{c}\hfill f\left({u}_1\pm \varDelta {u}_1,\kern0.5em {u} _2\pm \varDelta {u}_2,\kern0.5em \dots, \kern0.5em {u}_n\pm \varDelta {u}_n\right)=f\left({u}_1,\kern0. 2f}{\partial {u}_1}+\dots \right\} +\dots \hfill \end{массив} $$

(1)

(2)

Вероятная ошибка

(3)

Вероятная ошибка в полученных измерениях

(4)

Вероятная ошибка каждого измерения ошибка с доверительной вероятностью 99 %

(6)

Средняя величина вероятной ошибки с доверительной вероятностью 95 %

(7)

После проведения некоторых экспериментальных измерений они обычно объединяются в соответствии с некоторой формулой для получения желаемой величины. Чтобы найти предполагаемую ошибку для вычисленного результата, нужно знать, как комбинировать ошибки во входных величинах. Простейшей процедурой было бы добавить ошибки. Это было бы консервативным предположением, но оно переоценивает неопределенность результата. Ясно, что если ошибки во входных данных случайны, то они будут компенсировать друг друга по крайней мере некоторое время. Случайны ли ошибки измеряемых величин и независимы ли они, можно получить из нескольких простых формул. В этом исследовании среднее количество вероятных ошибок с 9Достигнута достоверность 9 %.

Состояние и параметры испытаний-экспериментальная методика

Серию испытаний проводят с изменением угла опережения зажигания при частоте вращения двигателя 3400 об/мин при угле опережения зажигания 41 угол поворота коленчатого вала перед ВМТ и при полной нагрузке. Из-за различий между теплотворной способностью и содержанием кислорода в испытуемых топливах сравнение должно проводиться при одном и том же среднем эффективном давлении моторного торможения, т. е. при нагрузке, а не при соотношении воздух/топливо. в этом же тесте учитываются точность измерений и точность измерений и неопределенность вычисленных результатов.

В каждом испытании измеряются объемный расход топлива, дымность выхлопных газов и регулируемые выбросы выхлопных газов, такие как оксиды азота (NOx), окись углерода (CO) и общее количество несгоревших углеводородов (HC). Из первого измерения рассчитываются удельный расход топлива и термическая эффективность тормозов с использованием плотности образца и низшей теплотворной способности. В таблице 2 показана точность измерений и неопределенность результатов вычислений различных параметров.

Таблица 2 Точность измерений и неопределенность расчетных результатов

Полноразмерная таблица

Результаты и обсуждение

Первая корректировка рабочих характеристик была проведена при изменении положения дроссельной заслонки. Изменяя положение дроссельной заслонки, давление во впускном коллекторе изменялось до 100 кПа в положении полностью открытой дроссельной заслонки. Скорость поддерживалась на уровне 3400 об/мин, а коэффициент эквивалентности оставался равным единице.

Результаты показывают, что среднее эффективное давление в тормозной системе (BMEP) имеет тенденцию увеличиваться с увеличением угла опережения зажигания до 31° перед верхней мертвой точкой (ВМТ), а затем падает. Наилучшие характеристики будут достигнуты при максимальном зажигании 31° до ВМТ. Если угол опережения зажигания недостаточно опережен, первоначальная часть максимального давления будет создаваться в такте расширения, и в этом случае мы теряем полезную эффективность и снижаем производительность.

Максимальный BMEP достигается при моменте зажигания 31°ВМТ. Минимальное опережение для максимального тормозного момента (МВТ) определяется как наименьшее опережение, при котором достигается 99 % максимальной мощности.

Следует отметить, что MBT будет изменяться как в зависимости от положения дроссельной заслонки, так и от частоты вращения двигателя при большем количестве дроссельной заслонки; плотности заряда в цилиндре на менее плотных смесях потребуется не очень большое опережение зажигания. В этом случае воспламенение происходит и дает соответствующие характеристики (рис. 2).

Рис. 2

Взаимосвязь между IMEP и BMEP и опережением зажигания — полностью открытая дроссельная заслонка; Соотношение эквивалентности одного

Изображение в натуральную величину

На приведенном выше рисунке показано, что указанное среднее эффективное давление (IMEP) имеет тенденцию к увеличению с опережением опережения зажигания между 21 и 41° до ВМТ. Ожидается, что IMEP должен увеличиваться с увеличением угла синхронизации до определенной точки, а затем уменьшаться. Наилучшие характеристики достигаются, когда большая часть сгорания происходит вблизи верхней мертвой точки. Если момент зажигания недостаточно опережен, поршень уже будет двигаться вниз, когда происходит большая часть сгорания. В этом случае мы теряем возможность расширять эту порцию газа на весь диапазон, снижая производительность. Если угол опережения зажигания будет слишком опережать, слишком много газа сгорит, пока поршень все еще поднимается. Работа, которую необходимо совершить для сжатия этого газа, уменьшит произведенную чистую работу. Эти конкурирующие эффекты приводят к тому, что IMEP достигает максимума в зависимости от опережения зажигания.

Как видно на рис. 3, пиковое давление увеличивается с увеличением угла опережения зажигания перед верхней мертвой точкой. Максимальное давление будет достигнуто, если весь газ сгорит к моменту достижения поршнем ВМТ. Но давление уменьшается с менее опережающим опережением зажигания, потому что; газ не сгорает полностью, пока поршень не опустится на такте расширения.

Рис. 3

Зависимость между температурой выхлопных газов и пиковым давлением в цилиндре в зависимости от момента зажигания при полностью открытой дроссельной заслонке; отношение эквивалентности одного

Изображение полного размера

На приведенном выше рисунке также видно, что температура выхлопных газов снижается по мере приближения к ВМТ и ВМТ. IMEP представляет собой работу, совершаемую поршнем. Температура выхлопных газов представляет собой энтальпию выхлопных газов для идеальных газов. Энтальпия является функцией только температуры, и энергия, выделяемая при сгорании топлива, должна идти на работу расширения. Температура выхлопных газов также снижается, если необходимо сохранить энергию (рис. 4).

Рис. 4

Зависимость между BMEP и моментом зажигания. Частота вращения двигателя 3400 об/мин, давление во впускном коллекторе 100 кПа

Изображение полного размера

Результаты показывают, что BMEP увеличивается с опережением опережения зажигания. Это ожидало, что BMEP уменьшится с закрытием времени зажигания до верхней мертвой точки. Если зажигание недостаточно опережающее, поршень уже будет двигаться вниз, когда происходит большая часть сгорания. В этом случае мы теряем возможность расходовать эту порцию газа и снижаем производительность. Если зажигание слишком раннее, большая часть газа сгорит, пока поршень еще поднимается; работа, которую необходимо совершить, чтобы сжать этот газ, уменьшит произведенную чистую работу. Кроме того, результаты показывают, что максимальное значение BMEP находится в диапазоне от −21° до 41°, а максимальное значение BMEP для даты имеет момент зажигания при 31° до ВМТ.

Рисунок 5 показывает, что удельный расход топлива при торможении (BSFC) имеет тенденцию улучшаться с увеличением угла опережения зажигания до верхней мертвой точки. Следует отметить, что при увеличении BMEP обратно пропорционально увеличивается BSFC.

Рис. 5

Взаимосвязь между BSFC и моментом зажигания при 3400 об/мин и коэффициентом эквивалентности, равным единице

Изображение в натуральную величину Угол опережения зажигания вызывает более высокое пиковое давление в цилиндре. Это более высокое давление выталкивает больше топливно-воздушной смеси в щели (в первую очередь пространство между днищем поршня и стенками цилиндра), где пламя гасится, а смесь остается несгоревшей. Кроме того, температура в конце цикла, когда смесь выходит из этих щелей, ниже при более раннем зажигании. Более поздняя температура означает, что углеводороды и кислород не реагируют. Это увеличивает концентрацию кислорода в выхлопных газах и несгоревших углеводородов.

Рис. 6

Зависимость между O ₂ и концентрацией углеводородов в зависимости от угла опережения зажигания при 3400 об/мин и давлении во впускном коллекторе 100 кПа

Изображение в натуральную величину

Рис. Концентрация CO и HC в зависимости от момента зажигания, давления во впускном коллекторе 100 кПа и коэффициента эквивалентности, равного единице

Изображение в полный размер

На приведенном выше рисунке концентрации оксида углерода, кислорода и углекислого газа очень мало изменяются с изменением угла опережения зажигания в исследуемом диапазоне (рис. 7). ).

Здесь отношение эквивалентности поддерживалось постоянным и равным единице, так что кислорода было достаточно для превращения большей части углерода в CO ₂ . Концентрация CO увеличилась, а концентрация CO ₂ уменьшилась, когда не хватает кислорода. Некоторое количество угарного газа действительно появляется в выхлопных газах из-за замороженной равновесной концентрации CO, O ₂ и CO ₂ .

Рис. 8

Зависимость концентрации NO от момента зажигания. Частота вращения двигателя при 3400 об/мин и давлении во впускном коллекторе 100 кПа

Изображение полного размера

На рисунке показана зависимость концентрации NO в отработавших газах от момента зажигания. Образование NO зависит от температуры. С увеличением угла опережения зажигания пиковое давление в цилиндре увеличивается. Закон идеального газа гласит, что увеличение пикового давления должно соответствовать увеличению пиковой температуры, а более высокая температура приводит к увеличению концентрации NO (рис. 8).

Рис. 9

Зависимость между мощностью и крутящим моментом от угла опережения зажигания

Изображение в натуральную величину

Результаты показывают, что мощность имеет тенденцию к увеличению с опережением зажигания между 17 и 35°CA до ВМТ. Ожидается, что мощность должна увеличиваться с продвижением искры до точки, а затем падать. Наилучшие характеристики достигаются, когда большая часть сгорания происходит вблизи верхней мертвой точки. Если искра недостаточно развита, поршень уже будет двигаться вниз, когда происходит большая часть сгорания. В этом случае мы теряем возможность расширять эту порцию газа на весь диапазон, снижая производительность. Если зажигание слишком раннее, слишком много газа сгорит, пока поршень все еще поднимается. В результате работа, которую необходимо совершить для сжатия этого газа, уменьшит произведенную чистую работу. Эти конкурирующие эффекты приводят к тому, что максимальная мощность зависит от опережения зажигания.

Также показывает, что крутящий момент увеличивается с увеличением опережения зажигания. Это связано с увеличением давления в такте сжатия и, следовательно, с увеличением полезной работы. Следует отметить, что при дальнейшем увеличении опережения зажигания крутящий момент не будет увеличиваться в основном из-за пикового давления в цилиндре в период сжатия и снижения давления в такте расширения. По этой причине определение оптимального угла опережения зажигания является одной из наиболее важных характеристик для двигателя SI (рис. 9).).

На рисунке 10 представлены прогнозируемые результаты теплового КПД в сравнении с экспериментальными данными. Тепловой КПД — это работа, деленная на потребляемую энергию. Видно, что чистая работа увеличивается с увеличением опережения зажигания до точки, а затем несколько уменьшается. Это происходит из-за увеличения трения при высоких значениях опережения зажигания и, следовательно, уменьшения полезной работы. Согласно рис. 6, наибольшее количество сети происходит при 31° СА до ВМТ.

Рис. 10

Зависимость КПД от момента зажигания

Изображение в натуральную величину

Заключение

Целью данной статьи было изучение влияния угла опережения зажигания в двигателе с искровым зажиганием, использующего различные начальные моменты времени и обороты двигателя, на характеристики двигателя экспериментально. Общие результаты показывают, что угол опережения зажигания можно использовать как альтернативный способ прогнозирования работы двигателей внутреннего сгорания. В этой работе наилучшие результаты были получены при 31°ВМТ для 3400 об/мин. Также было обнаружено, что частота вращения двигателя и положение дроссельной заслонки значительно влияют на характеристики этого двигателя. Объемный КПД, BMEP увеличивались с увеличением угла опережения зажигания. HC с увеличением опережения зажигания, O ₂ , CO ₂ , содержание CO было почти постоянным, а наименьшее количество NOx было получено при 10°BTDC. Для будущей работы рекомендуется управлять синхронизацией зажигания и фаз газораспределения вместе и изменять положение дроссельной заслонки на разных скоростях.

Ссылки

1. Голку М., Секмен Ю., Салман М.С. (2005) Моделирование на основе искусственных нейронных сетей изменения фаз газораспределения в двигателе с искровым зажиганием. Applied Energy 81:187–197

   Статья

   Google ученый

2. Чан С.Х., Чжу Дж. (2001) Моделирование. Int J Therm Sci 40(1):94–103

   Статья
   MathSciNet

   Google ученый

3. Soylu S, Van Gerpen J (2004) Разработка основанных на опыте подмоделей скорости горения для двигателя, работающего на природном газе. Energy Convers Manage 45 (№ 4): 467–481. doi:10.1016/S0196-8904(03)00164-X

   Статья

   Google ученый

4. Чан С.Х., Чжу Дж. (2001) Моделирование термодинамики цилиндров двигателя при высоких значениях задержки зажигания. Int J Therm Sci 40 (1): 94–103

   Артикул
   MathSciNet

   Google ученый

5. Сойлу С., Ван Герпен Дж. (2004) Разработка эмпирически обоснованных подмоделей скорости горения для двигателя, работающего на природном газе. Energy Convers Manage 45(4):467–481

   Статья

   Google ученый

6. Фергюсон К.Р., Крикпатрик А.Т. (2001) Двигатели внутреннего сгорания — Прикладные тепловые науки. Уайли, Нью-Йорк

   Google ученый

7. Choia GH, Chungb YJ, Hanc SB (2005) Рабочие характеристики и характеристики выбросов двигателя внутреннего сгорания на сжиженном нефтяном газе, обогащенном водородом, при 1400 об/мин. Int J Hydrogen Energy 30:77–82

   Статья

   Google ученый

8. Тетер В.Д. (2007 г.) Приборы и средства управления Профессор кафедры гражданского строительства Инженерного колледжа Делавэрского университета. Раздел 16

9. Публикация UKAS M 3003 (1997) Выражение неопределенности и уверенности в измерении. Издание 1, декабрь. измерения, 2-е издание, University Science Books

10. Bevington PR, Robinson DK (1992) Сокращение данных и анализ ошибок для физических наук, 2-е издание, WCB/McGraw-Hill

СПРАВЕДЕНИЯ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Информация о авторе

Авторы и принадлежность

1. Кафедра автомобилей, Иранский университет науки и технологии, Техран, Иран

   J. Zareei & A. H. Kakae Zareei

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в
   PubMed Google Scholar

2. A.