ANALIZA ZREDUKOWANYCH BEZWYMIAROWYCH TEMPERATUR CHARAKTERYZUJĄCYCH PROCES SPALANIA W SILNIKU FIAT 1100 MPI

Transkrypt

1 ZESZYY NAUKOWE POLIECHNIKI ŚLĄSKIEJ 28 Seri: RANSPOR z. 64 Nr kl. 183 Krystin WILK, Jrsłw KOBRYŃ ANALIZA ZREDUKOWANYCH BEZWYMIAROWYCH EMPERAUR CHARAKERYZUJĄCYCH PROCES SPALANIA W SILNIKU FIA 11 MPI Streszczenie. W prcy przenlizwn zminy zredkwnych ezwymirwych tempertr; mksymlnej i średniej, chrkteryzjących prces splni, które liczn z mdel dwstrefweg. Wykrzystn wyniki dń lrtryjnych silnik Fit 11 MPI, głównie wyniki pmirów ciśnieni indykwneg. ANALYSIS OF REDUCED DIMENSIONLESS EMPERAURES CHARACERIZING COMBUSION PROCESS IN A CAR ENGINE FIA 11 MPI Smmry. In the wrk nlysed chnges f mximm nd verge redced dimensinless tempertres, chrcterising cmstin prcess, tht were clclted frm tw-zne mdel. Lrtry test reslts f Fit 11 MPI were sed, minly indicted pressre mesres. 1. WPROWADZENIE Njwżniejszym prcesem termdynmicznym zchdzącym w silnik jest prces splni pliw. Jest t prces rdz skmplikwny i ndl niewystrczjąc pznny. Njczęściej z chrkterystyczne prmetry prces splni przyjmje się ciśnienie indykwne i tempertrę splni. Z wgi n dże trdnści pmir tempertry, głównie ze względ n dży stpień skmplikwni przeieg prces splni, pisjące ją dni mdelwe są główną pdstwą nlizy.

2 56 K. Wilk, J. Kryń 2. ANALIZOWANE POSACIE ZREDUKOWANYCH BEZWYMIAROWYCH EMPERAUR Przeprwdzn nlizę mksymlnej mx i średniej śrd tempertry, w jednym cykl, które liczn z wykrzystniem mdel dwstrefweg. D nlizy prces splni wyrn ezwymirwe pstcie tempertr, zleżnijąc je d rdzj pliw (tempertry klrymetrycznej pliw kl) i tempertry dniesieni, które nstępnie kreśln wzrjąc się n prcy [2] jk: mx mx (1) gdzie: kl śrd śr (2) kl śrd 1 k k śr ( ) d, (3) φ czs pczątk splni [s], φk czs kńc splni [s], śr chwilw średni tempertr w cylindrze [K]. Chwilwe tempertry: mksymlną i średnią liczn z mdel dwstrefweg splni n pdstwie pmirów ciśnieni indykwneg rz innych prmetrów chrkteryzjących wrnki rzegwe. 3. DWUSREFOWY MODEL SPALANIA W liczenich wykrzystn znną pstć dwstrefweg mdel splni [1]. Mdel ten ył jż wielkrtnie wykrzystywny d ceny prces splni w silnikch ZI rz silnikch ZS. Zkłd n pdził kmry splni n dwie strefy ddzielne d sieie nieskńczenie cienkim frntem płmieni (rys. 1). W pszczególnych strefch wrtści tempertr są jednrdne, tempertr frnt płmieni jest równ tempertrze splin. Rys. 1. Schemt złżeń d dwstrefweg mdel splni Fig. 1. he scheme f 2-zne mdel

3 Anliz zredkwnych ezwymirwych tempertr Mdel twrzą równni dl elementrneg kąt d rt wł krweg: - ilns energii strefy niesplnej (miesznki): dq du di pdv dqw (4) d d d d d - ilns energii frnt splni: di di dq (5) d d d - ilns energii strefy splnej (splin): di du pdv dqw (6) d d d d - termiczne równni stn stref: pv m R (7) pv mr (8) - równni ilns sstncji i jętści: m m m (9) Vi V V (1) - stpień wypleni łdnk: m x (11) m - stpień wyzwleni energii chemicznej zwrtej w pliwie: W d y x 1 (12) Wd - energi ciepln dprwdzn d ścinek kmry splni: dqw dqw dqw, (13) d d d gdzie: m ms łdnk znjdjąceg się w cylindrze silnik [kg], m ms łdnk znjdjąceg się w strefie splin [kg], m ms łdnk znjdjąceg się w strefie miesznki [kg], I pełn (fizyczn i chemiczn) entlpi w strefie splin [J], I pełn (fizyczn i chemiczn) entlpi w strefie miesznki [J], p ciśnienie indykwne [P], Q energi ciepln dpływjąc d strefy miesznki [J], Qw energi ciepln dprwdzn d ścinek kmry splni w strefie splin [J], Qw energi ciepln dprwdzn d ścinek kmry splni w strefie miesznki [J], R indywidln stł gzw splin [J/kgK], R indywidln stł gzw miesznki [J/kgK], tempertr w strefie splin [K], tempertr w strefie miesznki [K], U energi wewnętrzn strefy splin [J], U energi wewnętrzn strefy miesznki [J], V chwilw jętść strefy splin [m 3 ], Vi chwilw jętść kmry splni [m 3 ], V chwilw jętść strefy miesznki [m 3 ], Wd wrtść płw pliw strefy splin [J/kg], Wd wrtść płw pliw strefy miesznki [J/kg],

4 58 K. Wilk, J. Kryń x stpień wypleni łdnk [-], y stpień wyzwleni energii chemicznej zwrtej w pliwie [-]. Przyjęt dityczny frnt płmieni, w którym nie nstępje przepływ energii cieplnej między strefmi dq=. Miesznkę i spliny trktjemy jk gzy półdsknłe. Energię chemiczną miesznki i splin (niesplnych zpełnie) wyrżn z pmcą wrtści płwej. Przyjęt rk znieczyszczeń łdnk w cylindrze splinmi pchdzącymi z pprzednieg cykl prcy silnik. Pełną (fizyczną i chemiczną) entlpię i energię wewnętrzną łdnk i splin przyjęt jk: W c ( ) R (14) gdzie: i i d d v v W c ( ) R (15) W c ( ) (16) d p W c ( ), (17) d p cp włściw pjemnść ciepln (ciepł włściwe) przy stłym ciśnieni strefy splin [J/kgK], cp włściw pjemnść ciepln (ciepł włściwe) przy stłym ciśnieni strefy miesznki [J/kgK], cv włściw pjemnść ciepln (ciepł włściwe) przy stłej jętści strefy splin [J/kgK], cv włściw pjemnść ciepln (ciepł włściwe) przy stłej jętści strefy miesznki [J/kgK], i pełn (fizyczn i chemiczn) entlpi włściw strefy splin [J/kg], i pełn (fizyczn i chemiczn) entlpi włściw strefy miesznki [J/kg], tempertr dniesieni [K], energi wewnętrzn włściw strefy splin [J/kg], energi wewnętrzn włściw strefy miesznki [J/kg]. Wyznczn różniczki: du [ c d ( ) dc ](1 x) m [ W c ( ) R mdx (18) du di di v v d v ] v d ( ) dcv dwd] xm[ Wd cv ( ) R [ c mdx (19) ] [ W c ( )]( mdx) (2) d p [ W c ( )]( mdx) (21) d p W cel prszczeni dlszych przeksztłceń wprwdzn wielkści pmcnicze: pv 1 m (22) 2 R R (23) 1 3 (24) 4 2 R (25) 2 x 3 4 (26)

5 Anliz zredkwnych ezwymirwych tempertr R (27) Wd Wd cv ( ) cv ( ) ( R R ) 7 ( 1 3 4)( 46 c v ) (28) (29) dp d dv 8 36 ( 3 4)( 56 cv ) ( ) dwd ( ) p V (3) dqz ( 3 4)( ) dcv G dp dv d d 9 dx 3 ( 1 3 4) 4 ( 3 4) 5, (31) p V nstępnie p przeksztłcenich kreśln: di W ( c R )( )]( m ) (32) di d d [ d v 9 [ Wd cp ( )]( m 9 ) (33) (34) 8 7 dp dw dq R d z p R pv (35) cp Średnią wrtść tempertry w cylindrze przyjęt jk średnią wżną z energii wewnętrznej: (1 x) cv xcv śr (36) (1 x) c xc v v 4. OBIEK BADAŃ W nlizie wykrzystn wyniki pmirów i liczeń silnik FIA 11 MPI, któreg dni lrtryjne zstły wyknne n stnwisk hmwni w lrtrim Akdemii echniczn Hmnistycznej w Bielsk Biłej. Zkres dń ejmwł: A. Prmetry pdstwwe nstwine - prędkść rtw (15, 2, 25, 3, 35, 4, 45, 5, 55 r/min), - ciążenie silnik (1%, 75%, 5%, 25% Mmx). B. Prmetry mierzne - ciśnienie indykwne (c OWK), - mment rtwy n wle krwym, - mc efektywną, gdzinwe zżycie pliw, - nliz splin przed ktliztrem:, (CO, CO2, O2, HC, NOx), - tempertr splin w klektrze wyltwym, - gdzinwy wydtek strmieni pwietrz, - tempertr i ciśnienie tczeni, wilgtnść pwietrz. D dlszej nlizy psłżyły ztem wyniki pmirów zyskne pdczs dń różnych stnów prcy silnik.

6 6 K. Wilk, J. Kryń 5. WYNIKI BADAŃ I ANALIZ Przykłdwe wyniki przedstwin w frmie wykresów. N rysnk 2 pkzn wyniki dl chrkterystyki zewnętrznej silnik. Klejne rysnki (3, 4, 5) przedstwiją wyniki dl crz t mniejszych ciążeń silnik, relizwneg jk dpwiedni 75, 5 i 25% mksymlneg mment rtweg. mx [-] śr [-], n [r/min] Rys. 2. Wyniki liczeń zredkwnych ezwymirwych tempertr dl chrkterystyki zewnętrznej silnik Fig. 2. Clcltins reslts f dimensinless tempertres fr 1% M mx mx [-] śr [-] 5 5 5,15,1, n [r/min] Rys. 3. Wyniki liczeń zredkwnych ezwymirwych tempertr dl ciążeni silnik 75% M mx Fig. 3. Clcltins reslts f dimensinless tempertres fr 75% M mx mx [-] śr [-] 5 5 5,15,1, n [r/min] Rys. 4. Wyniki liczeń zredkwnych ezwymirwych tempertr dl ciążeni silnik 5% M mx Fig. 4. Clcltins reslts f dimensinless tempertres fr 5% M mx

7 Anliz zredkwnych ezwymirwych tempertr mx [-] śr [-] 5 5 5,15,1, n [r/min] Rys. 5. Wyniki liczeń zredkwnych ezwymirwych tempertr dl ciążeni silnik 25% M mx Fig. 5. Clcltins reslts f dimensinless tempertres fr 25% M mx N klejnych wykresch przedstwin wyniki liczeń w fnkcji ciążeni silnik. Przykłdw przestwin wyniki dl prędkści rtwych: 25 r/min (rys. 6), 35 r/min (rys. 7) i 45 r/min (rys. 8). mx [-] śr [-], M [Nm] Rys. 6. Wyniki liczeń zredkwnych ezwymirwych tempertr dl różnych ciążeń przy prędkści rtwej 25 r/min Fig. 6. Clcltins reslts f dimensinless tempertres fr different lds y n = 25 r/min mx [-] śr [-], M [Nm] Rys. 7. Wyniki liczeń zredkwnych ezwymirwych tempertr dl różnych ciążeń przy prędkści rtwej 35 r/min Fig. 7. Clcltins reslts f dimensinless tempertres fr different lds y n = 35 r/min

8 62 K. Wilk, J. Kryń mx [-] śr [-], M [Nm] Rys. 8. Wyniki liczeń zredkwnych ezwymirwych tempertr dl różnych ciążeń przy prędkści rtwej 45 r/min Fig. 8. Clcltins reslts f dimensinless tempertres fr different lds y n = 45 r/min 6. PODSUMOWANIE Oydwie tempertry wykzły wzrst wrtści wrz ze wzrstem prędkści rtwych rz spdek wrtści ze wzrstem ciążeni, c jest zgdne z terią prcesów splni pliw w tłkwych silnikch splinwych. W większści przypdków zredkwn ezwymirw średni tempertr splni wykzł mniejszy wzrst wrtści ze wzrstem prędkści rtwych niż zredkwn ezwymirw mksymln tempertr splni. Pdczs nlizy zwżn wystąpienie kilk nmlii, np. przy n = 2 r/min dl ciążeni silnik, relizwneg jk 75% Mmx (rys. 3) rz dl ciążeni silnik Mmx (rys. 5). Mże t yć wynikiem łędów pmirwych l nwet świdczyć zkłóceni prces splni w tym silnik przy n = 2 r/min, spwdwnej wdliwą reglcją l wdą knstrkcyjną silnik. Jednk, y t jednzncznie cenić, nleży wyknć dż więcej dń n stnwisk hmwni silnikwej. Biligrfi 1. Wilk K.: Równni dwstrefweg mdel prces splni w silnik. Prc nieplikwn. Zkłd Ekspltcji Pjzdów, Instytt rnsprt, Wydził Inżynierii Mteriłwej, Metlrgii i rnsprt, Plitechnik Śląsk. 2. Wilk K.: Bdni dyfzyjnych plników gzwych. Zeszyty Nkwe Plitechniki Śląskiej, s. Energetyk, z. 785, Gliwice Szrgt J.: ermdynmik techniczn. PWN, Wrszw Recenzent: Dr h. inż. Zdzisłw Stelmsik, prf. AH w Bielsk-Biłej Prc wyknn w rmch BK-248/R1/28