Ingineria Automobilului Societatea - ingineria-automobilului.ro

More documents

Recommendations

Info

<strong>Ingineria</strong> <strong>Automobilului</strong> Fig. 3. Influența cantității de gaze arse menținute asupra presiunii din cilindrul mAC-Ao cu aprindere prin comprimare. Din acest motiv sunt folosite mecanisme indirecte de control al momentului autoaprinderii ce au ca scop fie modificarea temperaturii amestecului proaspăt fie modificarea proprietăţilor chimice ale combustibilului folosit. Pentru modificarea temperaturii amestecului proaspăt se pot folosi schimbătoare de căldura (lichid de răcire – aer admis sau gaze arse – aer admis), mecanisme ce permit modificarea raportului de comprimare sau mecanisme ce permit refolosirea gazelor arse. Refolosirea gazelor arse este una din procedurile cele mai folosite pentru controlul momentului autoaprinderii. În cazul în care motoarele cu aprindere prin comprimare ce sunt alimentate cu amestecuri omogene au fost dezvoltate plecând de la platforma motoarelor cu aprindere prin scânteie (MAS) se foloseşte fie recircularea internă a gazelor arse (în timpul admisiei se deschide pentru un interval de timp şi una dintre supapele de evacuare pentru a permite gazelor arse să reintre în cilindru), fie menţinerea gazelor arse în cilindru. metoDA menŢIneRII gAzeloR ARse În CIlInDRu Metoda menţinerii gazelor arse în cilindru este una din cele mai folosite metode de control al momentului autoaprinderii la MAC-AO obţinute plecând de la platforma MAS. Pentru a menţine o parte din gazele arse în cilindru, supapele de evacuare trebuie închise cu un avans faţă de punctul mort superior (PMS). Gazele aflate în 18 cilindru sunt comprimate la sfârşitul cursei de evacuare de către piston în mişcarea lui către PMS. Astfel apare o creştere a presiunii din cilindru în apropierea PMS corespunzător procesului de schimb de gaze. La începutul cursei de admisie presiunea din cilindru este mai mare decât cea din colectorul de admisie. Din acest motiv, supapele de admisie trebuie deschise cu o întârziere faţă de PMS, într-un moment în care presiunea din cilindru scade la o valoare apropiată de cea din colectorul de admisie. În figura 1 se poate observa presiunea din cilindrul unui MAC-AO ce foloseşte menţinerea gazelor arse în cilindru pentru controlul momentului autoaprinderii. Se poate constata că, spre deosebire de motoarele convenţionale, fie cu aprindere prin comprimare, fie cu aprindere prin scânteie, nu există o suprapunere a deschiderii supapelor de admisie cu cea a supapelor de evacuare. Gazele arse menţinute în cilindru au două efecte majore asupra amestecului proaspăt: efectul de încălzire a amestecului şi efectul chimic. Efectul de încălzire a amestecului apare atunci când gazele arse, care au o temperatură foarte ridicată, sunt amestecate cu încărcătura proaspătă, iar temperatura amestecului nou format creşte. Acest efect are o importanţă majoră deoarece influenţează momentul autoaprinderii amestecului la MAC-AO. Datorită efectului de încălzire, procesul de ardere începe mai repede, se obţin presiuni maxime mai mari, căldura degajată este mai mare, iar durata procesului de ardere este mai mică [1, 5]. Efectul chimic apare datorită faptului că în gazele arse rămân radicali activi care pot participa la reacţiile chimice premergătoare procesului de ardere. Datorită efectului chimic, procesul de ardere poate începe mai repede [4]. Pentru a controla cantitatea de gaze arse ce este menţinută în cilindru este nevoie de un mecanism de distribuţie variabil care să permită deplasarea momentului închiderii supapelor de evacuare. Un astfel de mecanism este cel cu defazoare, prezentat în figura 2. AnAlIzA teRmoDInAmICĂ A PRoCesuluI De ARDeRe Pentru a analiza influenţa cantităţii de gaze arse asupra momentului autoaprinderii la MAC-AO s-a efectuat o serie de teste în celula de încercat motoarele la care s-a variat momentul închiderii supapelor de evacuare (ÎSE), restul parametrilor (turaţia n, avansul la injecţie AI, durata injecţiei DI, închiderea supapelor de admisie ÎSA) constanţi. Pentru analiza termodinamică a procesului de ardere s-au folosit presiunile din cilindru şi căldurile degajate. Presiunea din cilindru a fost măsurată cu ajutorul unui traductor de presiune. Căldura degajată nu poate fi măsurată direct. Din acest motiv, aceasta a fost calculată pe baza presiunii din cilindru folosind principiul I al termodinamicii (1) şi legea gazelor ideale (2): (1) unde dU este variaţia energiei interne, δQ este variaţia căldurii, iar δW este variaţia lucrului mecanic. (2) unde R 0 este constanta universală a gazelor, p este presiunea, V este volumul, iar m masa. Curbele de presiune obţinute folosind traductorul de presiune montat în camera de ardere sunt folosite pentru a urmări progresul proceselor din interiorul motorului cu aprindere prin comprimare cu amestec omogen. Analiza procesului de ardere începe folosind principiul I al termodinamicii aplicat unui sistem termodinamic cvasi static deschis [3], folosind relaţia: (3) unde dQ/dt este căldura ce intră în sistem, m i este debitul masic din sistem în locaţia i, iar h i este entalpia fluxului i ce intră sau iese din sistem. În cazul în care se foloseşte injecţia directă, cilindrul este format dintr-un singur sistem deschis. Singurul debit masic din sistem în timpul procesului de ardere (când supapele de admisie şi cele de evacuare sunt închise) este datorat scăpărilor de gaze în carter prin spațiile interstițiale dintre grupul piston şi cilindru (injecţia de combustibil are
Fig. 4. Influenţa cantităţii de gaze arse menţinute în cilindru asupra căldurii degajate loc în timpul admisiei). Pentru uşurința calculelor, acestea sunt neglijate. Astfel ecuaţia (3) devine: (4) Dacă U este energia internă din cilindru, atunci dQ/dt devine diferenţa dintre energia chimică (căldura degajată de arderea combustibilului) şi transferul de energie ce iese din sistem. Astfel ecuaţia (4) devine: (5) unde dQ n /dt este căldura degajată netă iar Q b /dt este căldura degajată brută. Presupunând că fluidul din interiorul cilindrului poate fi modelat ca un gaz ideal [3], obţinem: (6) unde c v este căldura specifică la volum constant. Dacă în legea gazelor ideale aproximăm că R 0 este constant: (7) Din ecuaţiile (6) şi (7) rezultă: (8) Notând raportul dintre căldura specifică la presiune constantă şi căldura specifică la volum constant cu γ: ecuaţia (8) devine: (9) (10) În figura 3 se poate urmări evoluţia presiunii din cilindru pentru diferite cantităţi de gaze arse menţinute în cilindru. Testele au fost efectuate în colaborare cu Institutul IFKM din Karlsruhe, Germania, folosind un monocilindru în patru timpi, cu o capacitate cilindrică de 650 cm 3 . Pentru a putea obţine autoaprinderea amestecului omogen aer-benzină, raportul de comprimare a fost mărit. Motorul a fost echipat cu un sistem de alimentare cu injecţie directă de benzină, iar pentru modificarea cantităţii de gaze arse menţinute în cilindru s-a utilizat un sistem de distribuţie variabilă (figura 2). Influenţa cantităţii de gaze arse menţinute în cilindru asupra presiunii din cilindru se poate observa atât pe durata procesului de ardere cât şi pe durata procesului de schimb de gaze. Datorită efectului de încălzire a amestecului şi a efectului chimic, când este mărită cantitatea de gaze arse menţinută în cilindru, procesul de ardere începe mai repede, este mai rapid şi mai scurt. Poziţia arborelui cotit la care se obţine presiunea maximă din cilindru este mai timpurie. Când supapele de evacuare sunt închise mai repede, o cantitate mai mare de gaze arse este menţinută în cilindru şi comprimată la finalul cursei de evacuare. Gazele arse încep să fie comprimate mai repede, iar procesul lor de comprimare durează mai mult. Din acest motiv se obţin presiuni mai mari pe durata procesului <strong>Ingineria</strong> <strong>Automobilului</strong> de schimb de gaze când supapele de evacuare se închid mai repede. Efectul cantităţii de gaze arse menţinute în cilindru asupra ratei de degajare a căldurii poate fi observat în figura 4. Când cantitatea de gaze arse creşte, datorită efectului de încălzire al gazelor arse şi a radicalilor activi (efectul chimic), procesul de ardere începe mai repede. În acest caz căldura este degajată mai brusc, se obţin valori maxime mai mari, iar poziţia arborelui cotit la care se obţine valoarea maximă este mai timpurie. Creşterea cantităţii de gaze arse menţinute în cilindru duce la scurtarea procesului de ardere. ConCluzII Menţinerea gazelor arse în cilindru este o metodă ce poate fi folosită cu succes pentru controlul momentului autoaprinderii. Cantitatea de gaze arse menţinută în cilindru depinde de momentul închiderii supapelor de evacuare. Dacă supapele de evacuare se închid mai rapid, cu un avans mai mare faţă de PMS, o cantitate mai mare de gaze arse este reţinută la sfârşitul procesului de evacuare. Acest fapt duce la o autoaprindere mai rapidă a amestecului proaspăt, la obţinerea unor presiuni maxime mai ridicate şi a unor degajări de căldură mai violente. Datorită comprimării gazelor arse de către piston în cursa lui spre PMS şi a destinderii acestora la începutul cursei de admisie apare o creştere a presiunii în timpul procesului de schimb de gaze. BIBlIogRAFIe [1] Cosgarea, R., Aleonte, M., Cofaru, C., Dahnz, C., Velji, A., Spicher, U., The influence of the internal gas recirculation on the combustion characteristics in a gasoline HCCI engine, prezentată la EAEC 2011, Valencia, 2011. [2] Duret P., Gatellier B., Miche M., Montreiro L., Zima P., Marotaux D., Blundell D., Ganser M., Zhao H., Perozzi M., Araneo L., Innovative Diesel HCCI Combustion, EAEC European Automobile Engineers Cooperation Congress no. 9, pag 57-68, 2003. [3] Heywood, J.B., Internal Combustion Engine Fundamentals, ediția a I -a. New York: McGraw-Hill, 1988. [4] Ishibashi Y., Asai M., Improving the Exhaust Emission of Two-Stroke Engines by Applying the Activated Radical Combustion, SAE 960742, 1996. [5] Zhao, H., Peng, Z., Milliams, J., Ladommatos, N., Understanding the Effects of Recycled Burnt Gases on the Controlled Autoignition (CAI) Combustion in Four- Stroke Gasoline Engines, SAE 2001-01-3607, 2001. 19
Page 1 and 2: Ingineria
Page 3 and 4: Anul 2011. Confirmări şi tendinţ
Page 5 and 6: Ingineria
Page 7 and 8: privind siguranţa trebuie abordate
Page 9 and 10: ABstRACt The EC 20/20/20 commitment
Page 11 and 12: Fig. 9. electrificarea auto
Page 13 and 14: MSDI şi Tera Impex Sibiu. În cadr
Page 15 and 16: Fig.4. Histogramele vitezei de depl
Page 17: ABstRACt The homogeneous charge com
Page 21 and 22: a) c) de ardere acestea pot fi elim
Page 23 and 24: Fig.3. moduri posibile de funcţion
Page 25 and 26: Cercetarea universitară University
Page 28: auto test 3

Ingineria Automobilului Societatea - ingineria-automobilului.ro

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?