Karnotyzacja obiegu tłokowego silnika spalinowego

There are two ways to increase the thermodynamic efficiency of the engine cycle known as the carnotization of the power cycle. The first is to ensure the highest possible maximum parameters and the second is to allow the working medium to expand further than in the standard cycle. This is known generally as the over-expansion or extended expansion cycle. This paper presents theoretical and numerical investigations into the effect of extended expansion on the thermal efficiency and mean effective pressure. The performance of an air standard Atkinson cycle was considered and compared to that of the Sabathe cycle. The Miller version of extended expansion air standard cycle was analysed for both naturally aspirated and supercharged engine. Additionally, the numerical simulation of supercharged engine was also carried out. In both cases, two inlet valve closing strategies were evaluated (Early Intake Valve Closure-EIVC and Late Intake Valve Closure - LIVC). From the present investigation it is concluded that the extended expansion concept is an effective way of the carnotization of the power cycle of internal combustion reciprocating engine. The main conclusion resultanting from presented paper deals controls of closing angle of inlet valve which is to be an effective way of influence on the course of temperature changes of the working charge and what should be useful for the level emission decreasing of nitrous oxides.Karnotyzacja obiegu silnika spalinowego tj. poszukiwanie sposobu podwyższenia jego sprawności może dotyczyć zarówno źródła górnego (sposobu doprowadzania ciepła) jak i dolnej przemiany odprowadzania ciepła Karnotyzacja źródła dolnego to wszelkie próby zmierzające do przedłużenia ekspansji czynnika roboczego. W pracy przedstawiono teoretyczną i numeryczną analizę wpływu przedłużenia ekspansji na sprawność i ciśnienie średnie obiegu silnikowego. Przeprowadzono analizę teoretyczną obiegu Atkinsona, a jej wyniki porównano z klasycznym obiegiem Sabathe. Dokonano także analizy obiegu Millera zarówno dla silnika niedoładowanego jak i doładowanego oraz zrealizowano badania symulacyjne obiegu doładowanego silnika z przedłużoną ekspansją. W obu przypadkach analizę przeprowadzono zarówno dla wczesne zamknięcie zaworu dolotowego jak i późnego zamknięcie zaworu dolotowego. Przeprowadzone badania usprawiedliwiają tezę, iż koncepcja przedłużonej ekspansji może być skutecznym sposobem karnotyzacji obiegu tłokowego silnika spalinowego. Główny wniosek wynikający z prezentowanego artykułu dotyczy sterowania kątem zamknięcia zaworu dolotowego, może być efektywnym sposobem oddziaływania na przebieg zmian temperatury czynnika roboczego i co powinno być przydatne dla ograniczania poziomu emisji tlenków azotu

Optymalizacja równania szybkości wydzielania ciepła w tłokowym silniku spalinowym o zapłonie iskrowym

Ciśnienie w cylindrze jest efektem procesu spalania, zmian objętości komory spalania (ruch tłoka), zmian chemicznej kompozycji czynnika (właściwości termodynamiczne), wymiany ciepła oraz przepływów masy czynnika (efekt szczelinowy i przedmuchy). Do analizy termodynamicznej niezbędna jest znajomość ciśnienia w komorze spalania oraz ilościowy wpływ wszystkich wymienionych czynników. Ciśnienie w cylindrze stanowi cenną informację o procesie spalania i należy się spodziewać, że użycie czujników ciśnienia w silnikach seryjnych byłoby interesujące pod względem możliwości sterowania silnikiem. Obecne prace, dla silników z zapłonem iskrowym, rozwijają się w kierunku stosowania analizy wydzielania ciepła na podstawie danych ciśnienia z komory spalania. Analiza udziału części spalonej (MFB) może być używana do określania właściwości termodynamicznych czynnika w cylindrze dla przejścia od ładunku niespalonego do spalonego. Artykuł prezentuje model wydzielania ciepła, oparty na I Zasadzie Termodynamiki, dla silnika z zapłonem iskrowym, bazujący na ciśnieniu w cylindrze, z wykorzystaniem zmiennych właściwości czynnika roboczego. Oceniono wpływ poszczególnych członów równania na otrzymywaną całkowitą ilość ciepła wydzielonego.Cylinder pressure built by combustion process is affected by the changes in the volume of combustion chamber (due to piston travel) and chemical composition (and hence thermodynamic properties), heat transfer and gas flows. To examine (and further to develop the combustion process), it is necessary to relate each term to measured in-cylinder pressure changes and then combine them to quantify the combustion effects. The cylinder pressure can give valuable information about the combustion process and it is expected that it will also be interesting to use pressure sensor in production engine. The present work develops and applies heat release rate (HRR) analysis for SI engine pressure data. Mass fraction burned (MFB) is used to interpolate the in-cylinder gas properties for the burned and unburned charge. This paper presents heat release model, based on in-cylinder pressure data from spark ignition engine, which uses instantaneous properties of working fluid to calculate cumulative heat release characteristics. Heat release rate equation, based on First Law of Thermodynamic was applied to a control volume and its fundamental parts were discussed and their influence evaluated separately. Based on this sensitivity analysis, the optimal formulation of HRR equation for SI engine was proposed and teste

ON THE INFLUENCE OF FUEL TYPE ON OPTIMAL LOCATION OF 50% MASS FRACTION BURNED BADANIA WP YWU RODZAJU PALIWA NA OPTYMALNE PO O ENIE 50% UDZIA U MASOWEGO ADUNKU SPALONEGO

Abstract Mass fraction burned curves for the test engine powered with gasoline or LPG were determined in the presented Wprowadzenie Analiza termodynamiczna obiegu t okowego silnika spalinowego, s u ca obliczeniu szybko ci wydzielania ciep a i przeprowadzana na podstawie okre lonego eksperymentalnie przebiegu ci nienia, stanowi podstawowe narz dzie badania procesu spalania w silniku t okowym

DETERMINATION OF A PISTON TDC

Abstract Paper presents experimental and numerical studies of thermodynamic loss angle (TLA) Podstaw do wyznaczania GMP jest przesuni cie przebiegu ci nienia o 0,45° w lewo, w stosunku do po o enia, w którym nast puje zanikanie na wykresie T(S) charakterystycznej p tli. W ród wielu czynników wp ywaj cych na dok adno wyników analizy termodynamicznej obiegu silnika t okowego, jednym z najwa niejszych jest b d okre lenia Górnego Martwego Po o enia (GMP) t oka, czyli po o enia pocz tku cyklu silnikowego w zarejestrowanym przebiegu ci nienia. Jak wykazuj liczne badania Istnieje wiele metod eksperymentalnych pozwalaj cych wyznaczy rzeczywiste po o enie t oka: statycznie (np. korzystaj c z czujnika zegarowego) lub dynamicznie przy u yciu sond pojemno ciowych, mikrofalowych lub fotoelektrycznyc

Szybka analiza procesu wydzielania ciepła w tłokowym silniku spalinowym o zapłonie iskrowym

The development of the automotive engine is increasingly challenged by emission legislation and by the end-users' fuel economy demands. it requires new technologies as well as new ways to optimise and analyse engine processes. The best possible knowledge needed for the modeling and controlling an internal combustion engine may be received as a result of the thermodynamic analysis. such an analysis requires acquisition of the data on the in-cylinder pressure and volume, Thermodynamic properties (chemical composition), heat transfer and gas flows (crevice flows, blow-by effect) and therefore is sophisticated and labour-consuming. that is why it would be desirable to use comparable (in the fmal effect and precision) methods of heat release analysis, which would be faster and less demanding. a burn rate analysis applied to calculate mass fraction burned (MFB) is one of the solutions. This paper presents the results of the comparative analysis ofvarious heat release algorithms and recommends fast mfb method that is comparable with the sophisticated thermodynamic analysis — it offers the accuracy of the estimation of 50% mass fraction burn duration not worse than 0.5 crank angle degree.Rozwój układów napędowych pojazdów w coraz większym stopniu uwarunkowany jest wymaganiami ochrony środowiska i minimalizacji zużycia paliwa. wymaga to nowych technologii w dziedzinie sterowania tłokowym silnikiem spalinowym. Dokładny obraz zjawisk zachodzących w komorze spalania otrzymać można w wyniku analizy termodynamicznej, która wymaga obok znajomości ciśnienia, będącego efektem procesu spalania i zmian objętości przestrzeni roboczej, także wiedzy o zmianach właściwości termofizycznych czynnika (zmiana składu chemicznego), wymiany ciepła oraz przepływów masy czynnika (efekt szczelinowy i przedmuchy), co czyni taką analizę skomplikowaną i pracochłonną. Pożądane byłoby więc opracowanie metody o porównywalnej dokładności, ale znacząco szybszej, nie wymagającej znajomości tak dużej liczby parametrów wejściowych. W opracowaniu tym skupiono się na porównaniu wyników uzyskiwanych poprzez zastosowanie różnych algorytmów i zaproponowano metodę, która w oparciu o minimalną liczbę danych, zapewnia zgodność położenia 50% ciepła wydzielonego z wynikami analizy termodynamicznej na poziomie nie gorszym niż plus minus 0,5° OWK

MASS FRACTION BURNED ALGORITHM BASED ON THE pV PRODUCT

Abstract A novel simplified algorithm of mass fraction burned (MFB) calculations, based directly on firing engine cylinder pressure was proposed and compared with other MFB algorithms