Зависимость характеристики тепловыделения от состава смеси на холостом ходу в двигателе, работающем на газовом топливе
Автор: Смоленская Наталья Михайловна
Рубрика: Расчет и конструирование
Статья в выпуске: 4 т.17, 2017 года.
Бесплатный доступ
Режим холостого хода для двигателей с искровым зажиганием характеризуется значительной неравномерностью протекания процесса сгорания, которая обуславливается тем, что свежая горючая смесь сильно разбавляется остаточными газами. Характеристика горючести этих газов, в значительной мере определяется предшествующим циклом сгорания. Исследования состояли из стендовых испытаний на двигателе ВАЗ-2111 на режиме холостого хода и термодинамического анализа трех последовательных индикаторных диаграмм, полученных экспериментально, отражающих цикл до пропуска зажигания, цикл с пропуском и цикл после пропуска зажигания. В результате термодинамического анализа определены характеристики изменения работы и внутренней энергии цикла для каждого интервала индикаторной диаграммы размером в один градус поворота коленчатого вала. На основании этого получена характеристика активного тепловыделения для всех исследуемых циклов. Представленные результаты термодинамического анализа процесса сгорания позволяют с большей точностью оценить влияние состава газового топлива на характеристику тепловыделения, так как анализ изменения внутренней энергии проводился по авторской методике, позволяющей провести её оценку без определения температуры и количества рабочего тела, которые при сильном дросселировании являются практически неизвестными параметрами. Полученные результаты показали влияние состава газового топлива и пропуска зажигания на активное тепловыделение и эффективность повышения стабильности сгорания на экономичность работы двигателя. В связи с этим работа посвящена анализу характеристики тепловыделения при экспериментальных исследованиях новых альтернативных газовых топлив, состоящих из природного газа и водорода, который позволит лучше понять и быстрее перейти к этапу проектирования новых двигателей с повышенной эффективностью процесса сгорания на режиме холостого хода. Это является безусловно важной задачей, так как современные тенденции по снижению токсичности автомобильных ДВС заставляют переходить на газовые виды топлива.
Сжатый природный газ, водород, процесс сгорания, характеристика тепловыделения, двс, холостой ход
Короткий адрес: https://sciup.org/147151761
IDR: 147151761 | УДК: 621.43 | DOI: 10.14529/engin170403
Dependence of characteristics of heat exchange from mixture of mixture on dry walk in engine working on gas fuel
The idling mode for spark-ignition engines is characteristic, a significant uneven flow of the combustion process. Which is due to the fact that a fresh combustible mixture is strongly diluted with residual gases. The characteristics of flammability are largely determined by the preceding combustion cycle. The studies consisted of bench tests on the VAZ-2111 engine at idle and thermodynamic analysis of three successive indicator diagrams, obtained experimentally, reflecting the cycle before ignition was missed, a cycle with a pass and a cycle after ignition was missed. As a result of the thermodynamic analysis, the characteristics of the change in the work and the internal energy of the cycle for each interval of the indicator chart of one degree of rotation of the crankshaft are determined. On the basis of this, the characteristic of active heat release was obtained for all the investigated cycles. The presented results of the thermodynamic analysis of the combustion process make it possible to estimate with more accuracy the effect of the composition of gas fuel on the heat release characteristic, since the analysis of the change in internal energy was carried out according to the author's technique, allowing its evaluation without determining the temperature and the quantity of the working fluid, which, with strong throttling, are practically unknown parameters. The results obtained showed the effect of the composition of the gas fuel and ignition misfire on the active heat release, and the efficiency of improving the stability of combustion for the economy of the engine. In this connection, the work is devoted to the analysis of the heat dissipation characteristics in experimental studies of new alternative gas fuels consisting of natural gas and hydrogen, which will allow us to better understand and quickly move to the design stage of new engines with increased efficiency of the combustion process at idle. This is certainly an important task, as modern trends in reducing the toxicity of automotive ICEs make it necessary to switch to gas fuels.
Список литературы Зависимость характеристики тепловыделения от состава смеси на холостом ходу в двигателе, работающем на газовом топливе
- The composition of combustion products formed from gasoline-hydrogen-air mixtures in a constant-volume spherical chamber/L.N. Bortnikov, D.A. Pavlov, M.M. Rusakov, A.P. Shaikin//Russian Journal of Physical Chemistry B. -2011. -Vol. 5. -Iss. 1. -Р. 75-83. DOI: 10.1134/S1990793111010039
- Influence of fuel hydrogen additives on the characteristics of a gas-piston engine under changes of an ignition advance angle/Y.F. Gortyshov, V.M. Gureev, R.S. Misbakhov, I.F. Gumerov, A.P. Shaikin//Russian Aeronautics. -2009. -Vol. 52. -Iss. 4. -Р. 488-490 DOI: 10.3103/S1068799809040199
- Кавтарадзе, Р.З. Теория поршневых двигателей. Спец. главы: учебник для вузов/Р.З. Кавтарадзе. -М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. -720 с.
- Fu, J.Q. Energy and exergy analysis on gasoline engine based on mapping characteristics experiment/Fu J.Q. et al.//Appl Energy. -2013. -Vol. 102. -Р. 622-30. -https://doi.org/10.1016/j.apenergy. 2012.08.013.
- Coney, M.W. A thermodynamic analysis of a novel high efficiency reciprocating internal combustion engine -the isoengine/M.W. Coney, C. Linnemann, H.S. Abdallah//Energy. -2004. -Vol. 29. -Iss. 12-15. -Р. 2585-600. -https://doi.org/10.1016/j. href='contents.asp?titleid=314' title='Energy'>Energy.2004.05.014.
- Smolenskaya, N.M. Research of polytropic exponent changing for influence evaluation of actual mixture composition on hydrocarbons concentration decreasing on deep throttling operation/N.M. Smolenskaya, V.V. Smolenskii, I. Bobrovskij//IOP Conf. Ser. Earth and Environmental Science. -2017. -Vol. 50. -012016 DOI: 10.1088/1755-1315/50/1/012016
- Вибе, И.И. Новое о рабочем цикле двигателей. Скорость сгорания и рабочий цикл двигателя/И.И. Вибе. -Свердловск: Машгиз, 1962. -271 с.
- Heywood, J.B. Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw-Hill/J.B. Heywood. -New York: McGraw-Hill, 1988. -931 p.
- Smolenskaya, N.M. Modelling of the combustion velocity in UIT-85 on sustainable alternative gas fuel/N.M. Smolenskaya, N.V. Korneev//IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. -2017. -Vol. 66. -012016 DOI: 10.1088/1755-1315/66/1/012016
- Кутенёв, В.Ф. Улучшение эффективности работы двигателя с искровым зажиганием в период холодного пуска и прогрева путем использования химически активных веществ/В.Ф. Кутенёв, В.М. Фомин, В.Ф. Каменев//Труды НАМИ. -2013. -№ 252. -С. 42-61.
- Корнеев, Н.В. Модель средней скорости распространения фронта пламени природного газа с добавками водорода для одноцилиндровой установки УИТ-85 имитирующей режимы холостого хода/Н.В. Корнеев, Н.М. Смоленская//Естественные и технические науки. -2014. -№ 9-10. -С. 167-171.
- Применение водорода для повышения полноты сгорания ТВС на режимах пуска и прогрева/Л.Н. Бортников, Д.А. Павлов, М.М. Русаков, В.В. Смоленский//Естественные и технические науки. -2013. -№ 1. -С. 346-350.
- Numerical investigation of the effect of injection timing under various equivalence ratios on energy and exergy terms in a direct injection SI hydrogen fueled engine/A. Nemati, V. Fathi, R. Barzegar, S. Khalilarya//International Journal of Hydrogen Energy. -2013. -Vol. 38. -Iss. 2. -P. 1189-1199. -https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2012.10.083.
- Sipeng, Zhu. Thermodynamic analysis of an in-cylinder waste heat recovery system for internal combustion engines/Sipeng Zhu, Kangyao Deng, Shuan Qu//Energy. -2014. -Vol. 67. -Iss. 1. -P. 548-556. -https://doi.org/10.1016/j.Energy.2014.02.006.
- Chintala, V. Assessment of maximum available work of a hydrogen fueled compression ignition engine using exergy analysis/V. Chintala, K.A. Subramanian//Energy. -2014. -Vol. 67. -P. 162-175. -https://doi.org/10.1016/j.Energy.2014.01.094.
- Thermodynamic energy and exergy analysis of three different engine combustion regimes/Li Y., Jia M., Chang Y. et al.//Applied Energy. -2016. -Vol. 180. -P. 849-858. -https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.08.038
- Thermodynamic and Energy saving benefits of hydraulic free-piston engines/Z. Zhao, S. Wang, S. Zhang, F. Zhang//Energy. -2016. -Vol. 102. -P. 650-659. -https://doi.org/10.1016/j.Energy.2016. 02.018.
- Смоленский, В.В. Исследование влияния водорода на неравномерность протекания процесса сгорания СПГ в ДВС на режимах холостого хода/В.В. Смоленский, Н.М. Смоленская, Д.А. Павлов//Вектор науки ТГУ. -2016. -№ 4 (38). -С. 52-59.
- Исследования энергетических и экологических показателей работы автомобильного двигателя на бензоводородных топливных композициях/В.Ф. Каменев, В.М. Фомин, Н.А. Хрипач, Л.Ю. Лежнев//Междунар. науч. журн. Альтернативная энергетика и экология. -2005. -№ 9. -С. 16-23.
- Термодинамический анализ рабочего цикла двигателя с термохимическим генерированием водородного топлива/Н.А. Хрипач, В.Ф. Каменев, В.М. Фомин, С.В. Алешин//Междунар. науч. журн. Альтернативная энергетика и экология. -2006. -№ 4. -С. 45-50.
