Hıfelszabadlás törvényének meghatározása indikálás segítségével Konzlens: Dr. Bereczky Ákos
0 15 dq/dfi [J/deg] 10 5 0-5 -10-15 -0 Hıközlés Heat Release Primer Primer Coil Voltage feszültség Adiabata Pont Adiabata point Ide jön egy dq/dfi! Start of Comb. Égés kezdet Combstion Delay Gylladási késedelem Égés vége End of Comb. Látszólagos Adiabatiks Pontok Virtal adiabata points 180 10 40 70 300 330 360 390 40 450 480 Crank angel [deg] 8 4 0 Voltage [V]
A hıfelszabadlást leíró termodinamikai modellek A számításokhoz szükség van a motor adott fıtengely elfordlási szögéhez tartozó: - hengertérfogat, - hımérséklet, - nyomás értékek ismeretére. Mindezeken kívől a reakcióban résztvevı gázkomponensek arányát is ismerni kell.
Felhasznált összefüggések: dq = du + dw db. du = du + du dq = c h, b, T dm + m Egyzónás modell Alapfeltételek: - az égéstérben lévı közeg hımérséklete azonos a térfogat minden pontján egy adott idıpontban -az égéstérben homogén levegı tüzelıanyag keverék alakl ki - a közeg mennyisége állandó (résveszteségektıl eltekint) h tü a ( cv, dt + T dcv, ) + cv, bt dmb, + mb, ( cv, bdt + T dcv, b) dqfal + p dv db htü. a v,,,
Kétzónás modell Alapfeltételek: - az égéstérben lévı közeget hıátadás szempontjából két egymástól elszigetelt térfogatra bontja - külön számoljk a két hımérsékletet - mindkét térfogat külön ad le, ill. vesz fel hıt - a két térfogatrész nyomása megegyezik Felhasznált összefüggések: ( ) ( ) ( ) v b b v b v tüza b b f v b b b b b b b b b b c m V R m V dr T m dm T R V c m V R m V dc T m dbh dm dq dm V c m V R m V dv p dr T m dm T R dt R m V dt,,,.,, + + + + + + + + + =
Az egyzónás-kétzónás modellek értékelése A kétzónás modell pontosabb eredményt nyújt mind a hıközlés, mind a hımérsékletek számításának szempontjából, viszont tapasztalatok alapján a sokszori iteráció és a gázállandók számítása miatt igen könnyen divergenssé válhat, ekkor hibás eredményt kapnk.
Birgman-féle modell Birgman az egyzónás modellbıl indl ki, de annál egy egyszerőbb eljárást javasol. Felhasznált összefüggések: dq h = du + p dv du = m k d = m k c v dt dq h d = m k c v dt + p d dv d dq V dp h 1 dv = p d κ d + κ 1 d Q + Q égés, = Qh, fal
LabVIEW program mőködésének bemtatása A program által végrehajtott mőveletek: - nyomásértékek meghatározása - nyomásértékek deriváltjának meghatározása - térfogatértékek meghatározása - térfogatértékek deriváltjának meghatározása - hıtani jellemzık meghatározása (egyensúlyi egyenletek, κ φ izentropiks kitevı) - hımérsékletek meghatározása - hıközlési törvény meghatározása - égéstörvény meghatározása
Nyomásértékek meghatározása Elvégzett mőveletek: - az indikálás eredményeinek beolvasása - maimm, minimm, átlag számítása - alláteresztı szőrı alkalmazása - eltolódott jel korrigálása
Pressre Measrement Low speed Vibration Sen. Analog reslt
Pressre Measrement High speed No Vibration Sen. Cople Otpt Pressre Differenc Measrement
Calibration
Statistical problems 16 35 1 mean nyomás [fok] 8 4 Pressre [bar] 30 5 0 0 180 70 360 450 540 Crank Angel [deg] fıtengely helyzete [fok] 15 330 340 350 360 370 380 390 400 410 40 430 Crank angel [deg]
Problems of the natral freqency
7,5 KHz p [bar] 13,5 KHz p [bar] 950 Frekvencia [Hz] 5100
Error of Integrated Vale of Realised Heat, in the fnction of the Anglar Error of the Setting of the TDC
Capacitive or Sper-sond Measring Methods
180.00 179.75 Angle of pressre maimms [ ] 179.50 179.5 179.00 178.75 178.50 178.5 A gap [mm²] 0.7 1.3 178.00 800 1000 100 1400 1600 1800 000 00 Speed [1/min]
The Pressre and the Phase Delay between the TDC and the Angle of Maimm Pressre in the fnction of Speed.
The Pressre and the Phase Reslts of Mathematical Model and Measred Reslts in the fnction of Speed
3.0.5.0 Szögeltérés / / 1.5 1.0 0.5 0.0 500 600 700 800 900 1000 1100 100 1300 1400 1500 1600 Ford. sz /1/min/
3.5 3.0 5 henger /1 kik./ 5 henger /6 kik./.5 Szögeltérés / /.0 1.5 1.0 0.5 0.0 500 600 700 800 900 1000 1100 100 1300 1400 1500 1600 Ford. sz /1/min/
Indication System:
A maimm-, átlag- és minimm-nyomásleftás p [bar] 60 55 50 45 40 35 30 5 0 15 10 5 0-5 0 60 10 180 40 300 360 φ [fok] ma nyomás átlag nyomás min nyomás
A mért-, szőrt- és korrigált-nyomásleftás 60 55 50 45 40 35 p [bar] 30 5 0 15 10 5 0-510 150 180 10 40 φ [fok] átlag nyomás szőrt nyomás korrigált nyomás
A mért és a szőrés táni korrigált jel közti hiba 0,15 0,1 0,05 p [bar] 0-0,05 0 60 10 180 40 300 360-0,1-0,15-0, φ [fok]
Nyomásértékek deriváltjának meghatározása A nyomásértékek deriváltját nmeriks deriválás módszerével határoztam meg a következı összefüggés alapján: P = P P 1 70 048
Nyomás fıtengely elfordlási szög szerinti deriváltja,5 1,5 dp/dφ [bar/fok] 1 0,5 0-0,5 0 60 10 180 40 300 360-1 -1,5 φ [fok]
Térfogatértékek és deriváltjaik meghatározása Alapadatok: - a motor geometriai adatai - ε kompresszióviszony Felhasznált összefüggés: V = V komp. + V, löket = Vlöket + ε 1 D π 4 3 λ λ 4 = r 1+ cos + sin + sin 8 A térfogatértékek deriváltjainak meghatározásához a nyomásderiváltakhoz hasonlóan nmeriks deriválást alkalmaztam.
Az egyensúlyi egyenletek meghatározása Az egyensúlyi egyenletek meghatározására a disszociációs modellt alkalmaztam: ( ) = + + + + Ar N O l m n O N H C k l m n 044 0, 3,774 4 13 λ Ar N CO O H O NO CO OH H N O H 1 11 10 9 8 7 6 5 4 3 1 + + + + + + + + + + + A modell mőködéséhez szükség van a következı elméleti reakciók egyensúlyi állandóira: H H 1 4 1 1 p K = O O 1 8 p K = N N 1 11 3 3 p K = OH O H + 1 1 8 4 5 4 K = NO O N + 1 1 11 8 7 5 K = O H O H 1 + p K 8 4 9 6 = 1 CO O CO + p K 8 6 10 7 = Ezen egyenletek felhasználásával egy egyenletrendszert kapnk, ami Gass eljárással meghatározható.
A κ φ izentropiks kitevı meghatározása Az izentropiks kitevı számításához ismerni kell a gázkeverék gázállandóját és állandó nyomáson vett fajhıjét. A gázkeverék gázállandója: R = ( R k sp ) k A gázkeverék állandó nyomáson vett fajhıje: A reakcióban résztvevı egyes komponensek fajhıje a következı összefüggés alapján számítható: C p R = a 1 + a 3 T + a3t + a4t + Ideális gázok feltételezésével a keverékre moláris fajhı számítható: a 5 T 4 C = C p k p, k k
A κ φ izentropiks kitevı meghatározása Az R és c p értékek ismeretében a hıközlési törvényben szereplıκ φ meghatározható: égéskez det < < égéskez det égésvég κ = κ = c c c p, c p, p, p, R R ( 1 b ) + c cp, b R p, b b b égésvég κ = c c p, b p, b R b
Hımérsékletértékek meghatározása Az adott fıtengely elfordlási szöghöz tartozó hımérsékletet csak iterációval lehet meghatározni. Alapösszefüggés: T = p R V m l i égés _ kez det i égés _ kez det T = T, b + 1 T, nb égés _ vég égés _ kez det égés _ vég égés _ kez det
Hımérséklet a fıtengely szögelfordlás függvényében T [K] 1500 1400 1300 100 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 00 100 0 130 140 150 160 170 180 190 00 10 0 30 40 50 60 φ [fok] elégettlen közeg hımérséklete interpolált hımérséklet elégett közeg hımérséklete
Hıközlési törvény meghatározása A fenti lépések végrehajtása tán már minden paraméter a rendelkezésre áll a következı egyenletbıl: dq V dp p dv h 1 = d κ d + κ 1 d
A hıközlési függvény 100% repceolaj esetén 50 40 30 dqh/dφ [J/fok] 0 10 0 15 135 145 155 165 175 185 195 05 15 5 35 45 55 65 75-10 φ [fok]
Égéstörvény meghatározása Az égéstörvényt, azaz az égés során fejlıdı össz hımennyiséget a hatásosan közölt hı és a falnak átadott hı összegzéseként számítjk: A faltörvény számítása: Q = Q + Q égés, h, fal, ( ) dq = α A T T dτ Hıátadási tényezı számítása: f ö, ö, g, A, c = k ρκλ T p α + ( ) k, 1 0,5 ln κ 1 ln ( κ 1) s T0 p 0
Hıveszteség a falon keresztül 600 550 500 450 400 350 Q fal [J] 300 50 00 150 100 50 0-50 130 140 150 160 170 180 190 00 10 0 30 40 50 60 φ [fok]
Az össz- és a hasznosan felszabadló hımennyiség 1050 950 850 750 Q fal 650 Q [J] 550 450 350 50 Q hasznos 150 50-50 130 140 150 160 170 180 190 00 10 0 30 40 50 60 φ [fok] Q égés Q hasznos
Égéstörvény 100% repceolaj esetén 60 50 dqégés/dφ [J/fok] 40 30 0 Kinetiks égés Diffúz égés 10 0 130 140 150 160 170 180 190 00 10 0 30 40 50 60-10 φ [fok]
Égéstörvény repceolaj ill. gázolaj esetén 70 60 50 dqégés/dφ [J/fok] 40 30 0 10 0 150 160 170 180 190 00 10 0 30 40 50 60-10 φ [fok] 100% repceolaj 100% gázolaj
Alapfogalmak Elıbefecskendezési idı: az az idıintervallm, amely a befecskendezés pillanatától a felsı holtpontig eltelik Gylladási késedelem: az égéstérben megjelenı csepp és az öngylladás következtében megjelenı láng között eltelt idı Gylladási késedelem
7,5 KHz p [bar] 13,5 KHz p [bar] 950 Frekvencia [Hz] 5100 Kopogásos égés nyomásleftása és a nyomás lengés frekvenciája. (a spektrmon megfigyelhetı 13 KHz körüli rezgés a nyomásmérı sajátfrekvenciájából adódik!)
Indikátordiagramok
Károsanyag kibocsátás csökkentése
Motor üzemállapotai a terhelés függvényében
Motor üzemállapotai a terhelés függvényében
Motor üzemállapotai a terhelés függvényében
Heat Realise and Combstion: 40 35 DQ/Dfi [J/fok] DXb/Dfi [kg/fok] Xb [ - ] Flame Primary Phase 0.08 1.0 0.9 30 5 0.06 0.8 0.7 DQ/Dfi [J/fok] 0 15 10 Ignition Dealy Flame Strating Phase After Combstion DXb/Dfi [kg/fok] 0.04 0.6 0.5 0.4 Xb [-] 5 0 0.0 0.3 0. -5 0.1-10 10 130 140 150 160 170 180 190 00 10 0 30 Ignition Start of Comb. fıtengely szög [fok] End of Comb. 0.0
0.06 n=1500 1/perc psz.=0,8 bar Elõgyújtás: 130 fok 140 fok 150 fok 160 fok 0.04 170 fok dx/dfi [kg/fok] 0.0 0.00 10 130 140 150 160 170 180 190 00 10 0 30 40 50 60 70 Fõtengely szög [fok]
További tüzelıanyagok felhasználásával az égéstörvény meghatározása Felhasznált tüzelıanyagok: gázolaj repceolaj+1-propanol repceolaj+isobtalon
Égéstörvény repceolaj ill. gázolaj esetén 70 60 50 dqégés/dφ [J/fok] 40 30 0 10 0 150 160 170 180 190 00 10 0 30 40 50 60-10 φ [fok] 100% repceolaj 100% gázolaj
Égéstörvény repceolajhoz adagolt 1-propanol esetén 70 60 50 dqégés/dφ [J/fok] 40 30 0 10 0 150 160 170 180 190 00 10 0 30 40 50 60-10 φ [fok] 100% repceolaj 80% repceolaj+0% 1-propanol 90% repceolaj+10% 1-propanol 95% repceolaj+5% 1-propanol
Égéstörvény repceolajhoz adagolt isobtanol esetén 70 60 50 dqégés/dφ [J/fok] 40 30 0 10 0 150 160 170 180 190 00 10 0 30 40 50 60-10 φ [fok] 100% repceolaj 80% repceolaj+0% isobtanol 90% repceolaj+10% isobtanol 95% repceolaj+5% isobtanol
Égéstörvény repceolaj+alkoholok, gázolaj esetén 70 60 50 dqégés/dφ [J/fok] 40 30 0 10 0 150 160 170 180 190 00 10 0 30 40 50 60-10 φ [fok] 80% repceolaj+0% 1-propanol 80% repceolaj+0% isobtanol 100% gázolaj
Köszönöm megtisztelı fegyelmüket!