Journal of KONES Internal Combustion Engines 2005, vol. 12, 3-4 ANALYSIS OF AIR-FUEL MIXTURE COMPOSITION IN ONE CYLINDER ENGINE Józef Nita, Marek St pniewski Politechnika Radomska Instytut Eksploatacji Pojazdów i Maszyn ul. Chrobrego 45 26-600 Radom tel.: +48 48 361-76-47 fax: +48 48 361-76-44 e-mail: m.stepniewski@pr.radom.pl Abstract Generally it is admitted that the working process of combustion engine is high stochastic. It means that the unrepeatable of the following working cycles and the high difficulties in operating this process, especially in providing of the following cycle of expected mixture. In the last few years methods based on the use of occurred ions in the ignition and mixture combustion process in the engine were dynamically developed. Assumed that the level of ionization should be defined by the electric properties of the discharge zone, and the definition should be described by the electric resistance of the inter electrode space, the going current between the electrodes as a result as their connection to the voltage. The testing facility was built which feature was a high accuracy of setting the test conditions and high recording resolution (0,02 s) of main elements of the process as : ignition voltage, ignition current and air excess coefficient. The special ignition plug was self-made, that was used except an ignition generation for current and ignition discharge voltage measuring for a chosen engine cylinder. The research results show that there is a possibility for practical use of ignition plug as a individual it means independent sensor of mixture composition and engine loading level for each of cylinder. ANALIZA SK ADU MIESZANKI PALIWOWO-POWIETRZNEJ W POJEDYNCZYM CYLINDRZE SILNIKA Streszczenie Powszechnie uznaje si za wysoce stochastyczny charakter procesu roboczego w silniku spalinowym. Oznacza to niepowtarzalno kolejnych cykli roboczych i du e trudno ci w sterowaniu tego procesu, a zw aszcza w zapewnieniu w ka dym cyklu oczekiwanego sk adu mieszanki. W ostatnich latach dynamicznie rozwijane s metody bazuj ce na wykorzystaniu powstaj cych jonów w procesie zap onu i spalania mieszanki w silniku. Za o ono, e stopie jonizacji powinien by odzwierciedlony przez w a ciwo ci elektryczne strefy wy adowania, a miar tego odzwierciedlenia powinny by m.in. oporno elektryczna przestrzeni mi dzyelektrodowej, pr d p yn cy mi dzy elektrodami w wyniku pod czenia do nich napi cia i inne wielko ci pochodne. Zbudowano stanowisko badawcze, którego cech znamienn by a wysoka dok adno zadawania warunków próby i wysoka rozdzielczo rejestracji (0,02 s) g ównych wielko ci procesu tj.: napi cia zap onu, pr du zap onu oraz wspó czynnika nadmiaru powietrza. Wykonano we w asnym zakresie specjaln wiec, która oprócz funkcji generowania iskry zap onowej, s u y a do pomiaru (rejestracji) pr du i napi cia wy adowania zap onowego dla wybranego cylindra silnika. Wyniki bada wskazuj na mo liwo praktycznego wykorzystania wiecy zap onowej jako indywidualnego, tzn. niezale nego dla ka dego z cylindrów, czujnika sk adu mieszanki i stopnia obci enia silnika. 1. Wst p Prognozy dotycz ce dalszej ewolucji nap du samochodów osobowych nie s jednoznaczne. Trudno w oparciu o dzisiejszy stan wiedzy przewidywa, który z aktualnie stosowanych 193
przysz o ci zadecyduj nie tylko aspekty techniczne mierzone stopniem zaawansowania technicznego. Wp yn na to równie uwarunkowania surowcowe, ekologiczne, geopolityczne (dost pno róde surowców i polityka cenowa). Mimo zapowiadanego zmierzchu silnika benzynowego jest on wci niekwestionowanym liderem w zastosowaniach w obszarze samochodów osobowych. Jest wci doskonalony w wyniku czego w wielu wska nikach przewy sza inne rodzaje nap dów. Jednym ze szczególnie aktywnych obszarów rozwoju silnika benzynowego jest doskonalenie procesu roboczego w celu obni enia toksyczno ci spalin z równoczesn popraw stopnia wykorzystania energii zawartej w paliwie. Spektakularnym przyk adem w tym wzgl dzie jest opracowanie i wdro enie w ostatnim czasie do produkcji silników o wtrysku bezpo rednim benzyny, umo liwiaj cym konstytuowanie mieszanki paliwowopowietrznej w sposób dok adniejszy (relacje masowe paliwa i powietrza w indywidualnym cylindrze) i o wy szym stopniu jej jednorodno ci (homogenizacji). Zaistnienie tego silnika na rynku stwarza nowe mo liwo ci doskonalenia mieszanki poprzez dok adniejszy dobór ilo ci wtryskiwanego do danego cylindra paliwa w oparciu o ilo powietrza nape niaj cego dany cylinder. Wzajemna relacja udzia ów masowych powietrza i paliw Najszerzej rozpowszechnionym sposobem ograniczenia toksyczno ci spalin jest stosowanie reaktorów katalitycznych, nazywanych potocznie katalizatorami. Aby ich potencjalna zdolno do obni enia zawarto ci toksycznych sk adników w spalinach by a w pe ni wykorzystana spalanie mieszanki powinno by pe ne, co mo e nast pi, je eli jej sk ad jest stechiometryczny. Ka da odchy ka od tego sk adu skutkuje pogorszeniem efektywno ci katalizatora. Nastr cza to powa ne trudno ci realizacyjne. Powoduje to powa ne trudno ci wykonawcze systemów sterowania uk adem paliwowo-powietrznym. Stosowany powszechnie tzw. uk ad zamkni ty sterowania z czujnikiem zawarto ci tlenu w spalinach w p tli sprz enia zwrotnego (rys.1), nie zapewnia w ka dych warunkach sk adu stechiometrycznego w poszczególnych cylindrach, g ównie z dwóch powodów: 1. istotnie wy szej szybko ci procesu roboczego w silniku w odniesieniu do szybko ci procesu steruj cego z udzia em sondy lambda, 2. stosowania w silniku wielocylindrowym pojedynczej sondy lambda umiejscowionej w zbiorczej ga zi kolektora wydechowego, co powoduje, e system sterowania wykorzystuje sygna sondy u rednionej ze wszystkich cylindrów, co mo e mie równie miejsce dla istotnie ró nych warto ci wspó czynnika lambda z poszczególnych cylindrów. Rys. 1. Uk ad pracy sondy lambda [wg Bosch R. Gmbh; Automotive Electric/Electronic Systems]: 1 kolektor dolotowy, 2 wtryskiwacz, 3 silnik, 4 sonda lambda, 5 katalizator, 6 komputer pok adowy sygna z sondy lambda, UV sygna steruj cy wtryskiwaczem Fig 1. Lambda probe working system 194
Stosowany w tym sterowaniu czujnik powinien charakteryzowa si wysok szybko ci dzia ania. Uwzgl dniaj c wyst puj ce w p tli sterowania opó nienie wprowadzane przez system przetwarzania i wykonywania decyzji, opó nienie czujnika powinno by mniejsze od czasu trwania najkrótszego z mo liwych cykli roboczych. Niestety, w rzeczywisto ci jest odwrotnie: czasy reakcji czujnika s kilkakrotnie d u sze od czasu trwania najkrótszego cyklu roboczego. Wynikiem opisanych wad jest ci g a fluktuacja sk adu mieszanki jako skutek istotnego odst pstwa lambdy Prowadzi to do biegu oraz 2. wieca jako czujnik pomiarowy W ostatnich latach dynamicznie rozwijane s metody bazuj ce na wykorzystaniu powstaj cych jonów w procesie zap onu i spalania mieszanki w silniku. Spalaniu paliwa w cylindrze silnika towarzyszy wytwarzanie jonów. Detekcja powsta ych jonów i wykorzystanie wynikowego pr du jonowego zosta a zastosowana w systemach oprzyrz dowania silnika SABB w roku 1998 [6]. Poszczególne fazy przebiegu pr du jonizacji (rys.2) mog dostarczy informacji dla sterowania silnikiem spalinowym. Faza jonizacji decyduje o warto ci napi cia zap onu potrzebnej do zainicjowania drugiej fazy wy adowania zap onowego. Dlatego te faza wst pna jonizacji strefy wy adowania zap onowego mo e by ród em informacji z wykorzystaniem do sterowania uk adem zap onowym i wtryskowym. Rys. 2. Przebieg pr du jonizacji [wg Erikson L. SAE Paper No. 960045]: a zarejestrowany b opis matematyczny,i faza zap onu, II faza czo a p omienia, III faza po spaleniu Fig 2. The run of ionization current [according to Erikson L. SAE Paper No. 960045] a- recorded b- mathematical description Dok adne poznanie fazy jonizacji wy adowania zap onowego oraz wykorzystanie wiecy zap onowej do pomiarów, mo e dostarczy nowego, ta szego urz dzenia do diagnozowania spalania w cylindrze silnika, zast pi badania stanowiskowe procesu spalania i umo liwi niskim nak adem kosztów badania trakcyjne w obszarze spalania mieszanki w poszczególnych cylindrach silnika, udoskonali konstrukcj i sterowanie uk adu zap onowego silnika. Szczególnie jest to wa ne przy obecnym trendzie do spalania ubogich mieszanek. Pomimo du ej wiedzy w tym temacie, wyst puj jeszcze problemy zwi zane z realizacj takich czujników oraz ich trwa o ci. Ponadto jednoznaczna interpretacja tego zjawiska budzi wiele w tpliwo ci i pyta. 195
Dla realizacji bada za o ono (na podstawie analizy teoretycznej wy adowania zap onowego w uk adach powietrznych), e stopie jonizacji powinien by odzwierciedlony przez w a ciwo ci elektryczne strefy wy adowania, a miar tego odzwierciedlenia powinny by m.in. oporno elektryczna przestrzeni mi dzyelektrodowej, pr d p yn cy mi dzy elektrodami w wyniku pod czenia do nich napi cia i inne wielko ci pochodne. Przy tym, ocena wybranych w a ciwo ci przestrzeni mi dzyelektrodowej metod elektryczn (w oparciu o pomiar parametrów elektrycznych strefy), powinna by mniej skomplikowana w porównaniu z metod opart na analizie pr du jonowego. Szczególnie interesuj c, o du ym znaczeniu praktycznym cech przestrzeni mi dzyelektrodowej, jest sk ad mieszanki paliwowo-powietrznej zgromadzonej w cylindrze. Analiza tego sk adu na poziomie pojedynczego cyklu stworzy oby zupe nie now w stosunku do systemów z sond lambda jako w sterowaniu uk adem paliwowo-powietrznym w silniku benzynowym. W odró nieniu od techniki jonowej, w której intensywno powstawania jonów zale y od fazy procesu roboczego i jest najwi ksza w pierwszym okresie spalania, pomiar parametrów elektrycznych powinien umo liwia warto ciowanie sk adu mieszanki przed jej zap onem. Mia oby to istotne znaczenie dla jako ci sterowania (wysterowywania zmian sk adu mieszanki w nast pnym cyklu), poniewa system sterowania mia by wi cej czasu na przetworzenie danych oraz wygenerowanie i wykonanie decyzji. Interpretacja wy adowania elektrycznego w powietrzu wykazuje istnienie zwi zku przyczynowo-skutkowego procesu jonizacji w dielektryku i pola elektrycznego, które powoduje t jonizacj. Uzasadniona jest wi c analogia procesów tzw. przebicia napi ciowego w powietrznych systemach energetycznych i zap onu elektrycznego mieszanki paliwowopowietrznej w silniku spalinowym. Ró nica w tych procesach mo e wynika jedynie z fizyko-chemicznych w a ciwo ci o rodka, tj. powietrza i mieszanki paliwowo-powietrznej. 3. Przygotowanie bada stanowiskowych Zgodnie z przyj tymi za o eniami do bada, przebieg wy adowania zap onowego powinien wi za si z w a ciwo ciami o rodka, w którym ono przebiega. Problem jednak 3.1. Charakterystyka o rodka wy adowania zap onowego O rodek wy adowania (mieszanka paliwowo-powietrzna) charakteryzowany jest za pomoc nast puj cych parametrów: ci nienie mieszanki w cylindrze, wspó czynnik nadmiaru powietrza (lambda) jako stosunek masowych udzia ów powietrza i paliwa w mieszance odniesiony do tzw. sk adu stechiometrycznego, wilgotno zasysanego przez silnik powietrza, stopie zanieczyszczenia mieszanki spalinami, pozosta ymi z poprzedniego cyklu, stopie homogenizacji mieszanki paliwowo powietrznej, temperatura mieszanki paliwowo-powietrznej. Przez pryzmat celów tej pracy oraz w zwi zku z trudno ciami w mierzeniu niektórych wielko ci, jako charakterystyczne parametry o rodka w podj tych badaniach przyj to: ci nienie p Z w chwili zap onu w wybranym trzecim cylindrze silnika, które mo na odwzorowa jako funkcj obci enia silnika (badania w asne), wspó czynnik nadmiaru powietrza mierzony na wylocie z trzeciego cylindra. 196
3.2. Wska niki wy adowania zap onowego Jako wska niki przebiegu wy adowania zap onowego przyj to: napi cie przebicia przestrzeni mi dzyelektrodowej - UP energi przebicia przestrzeni mi dzyelektrodowej - E Z szybko narastania napi cia zap onu du II czas trwania fazy inicjowania zap onu TII Za napi cie przebicia U przestrzeni mi dzyelektrodowej przyj to najwy sz warto P chwilow napi cia u Z(t) na wiecy zap onowej jaka wyst pi w trakcie zainicjowania wy adowania zap onowego, tj. gwa townego wzrostu pr du wy adowania i Z(t) oraz spadku napi cia zap onu u (t). Z Energia przebicia przestrzeni mi dzyelektrodowej nazwana w skrócie energi zap onu EZ jest energi, wydzielon w przestrzeni mi dzyelektrodowej zgodnie z zale no ci (1): t Z E u i dt, (1) gdzie: t JW czas rozpocz cia jonizacji wst pnej przestrzeni mi dzyelektrodowej t Z czas przebicia przestrzeni mi dzyelektrodowej Z t JW Za czas rozpocz cia jonizacji wst pnej t JW przyj to czas, od którego wielko ci u Z i iz przyjmuj warto ci wi ksze od zera. Za czas przebicia przestrzeni mi dzyelektrodowej t Z przyj to czas, w którym napi cie zap onu u Z osi ga warto napi cia przebicia U P. Szybko narastania napi cia zap onu du II oznacza redni szybko przyrostu tego napi cia w fazie inicjowania zap onu IZ zgodnie z zale no ci (2): du U Z U Z P I / II II. (2) t Z t I / II Czas trwania fazy IZ inicjowania zap onu T dany jest zale no ci (3): II T II tz t I / II. (3) 3.3. Przyj ta strategia badawcza Przyj to nast puj c strategi badawcz : zasilaj c silnik powietrzem i paliwem w sposób zapewniaj cy mieszank o wymaganym (zak adanym) wspó czynniku nadmiaru powietrza, tak dozowa ilo powietrza, aby wy adowanie zap onowe zachodzi o przy oczekiwanej warto ci ci nienia w cylindrze i wybranej, sta ej dla wszystkich bada pr dko ci obrotowej silnika i sta ym (na poziomie warto ci ustawionej fabrycznie) k cie wyprzedzenia zap onu. 3.4. Obiekt badawczy Badania wykonano na fabrycznie skompletowanym, czterosuwowym silniku samochodu POLONEZ typ MPFI - 1.6, wyposa onym we wtryskowo-zap onowy system GM - MULTEC z wielopunktowym wtryskiem benzyny. Dla potrzeb realizacji za o e badawczych dokonano kilku zmian w uk adzie silnika. Zmiany te obj y: 197
zasilanie powietrzem; zastosowano magistral dostarczaj c powietrze spoza laboratorium w celu zapewnienia stabilnej jego wilgotno ci i temperatury; modyfikacja ta nie spowodowa a pogorszenia nape niania silnika, sposób sterowania otwarciem przepustnicy; zastosowano jej nastawianie za po rednictwem silnika krokowego sterowanego cyfrowo z du rozdzielczo ci i stabilno ci ustawiania, sposób sterowania paliwem; zastosowano opracowane we w asnym zakresie sterowanie czasem wtrysku, równocze nie od czaj c system fabryczny MULTEC, sposób sterowania k tem zap onu; zastosowano wykonany we w asnym zakresie zadajnik k ta wyprzedzenia zap onu na bazie wysokorozdzielczego nadajnika po o enia wa u korbowego wiec zap onow w badanym cylindrze: w miejsce wiecy fabrycznej zastosowano wykonan we w asnym zakresie wiec zap onowo-pomiarow, umo liwiaj c rejestracj pr du zap onu i ci nienia w cylindrze. 3.5. System rejestracji przebiegów szybkozmiennych System szybkiej rejestracji pr du i napi cia zap onu oraz ci nienia w cylindrze i wspó czynnika nadmiaru powietrza oparty jest na oscyloskopie cyfrowym LT 264 firmy LeCroy. Oscyloskop posiada pami wewn trzn 1MB na ka dy kana oraz pasmo przenoszenia 500MHz, daje to mo liwo rejestracji odcinka 200ms z cz stotliwo ci próbkowania 50MHz (0,02 s). Krótkiego wyja nienia wymaga sprawa cz stotliwo ci próbkowania i pojemno ci pami ci zastosowanego oscyloskopu cyfrowego LeCroy LT 264. Przedstawiony na rys. 3 sygna zap onowy trwa dla jednego cyklu pracy silnika na biegu ja owym ok. 0,2 s. Sygna ten jest z o ony z impulsów odpowiadaj cych pracy poszczególnych cylindrów. Problem polega jednak na tym, e taka du a g sto próbkowania wyst puje tylko dla du ych pr dko ci podstawy czasu. Przy wyd u eniu podstawy czasu cz stotliwo próbkowania jest automatycznie zmniejszana. Wynika to z ograniczonej pojemno ci pami ci. Je eli np. pojemno pami ci wynosi 4 k, to z cz stotliwo ci 20 MHz mo na zapisa jedynie odcinek czasu równy 0,2 ms. Je eli zachodzi potrzeba rejestracji przebiegu w okresie 0,2 s (co odpowiada jednemu cyklowi pracy na biegu ja owym) - cz stotliwo próbkowania zmniejszy si do 20 khz, a to ju jest bardzo ma o. Zbyt ma a cz stotliwo próbkowania w stosunku do szybko ci zmian badanego sygna u powoduje znaczne odkszta cenie przebiegu odwzorowanego na ekranie (rys. 3). Przebieg z rys. 3a jest próbkowany cz stotliwo ci 1 MHz i jest to odwzorowanie wystarczaj co wierne. Przy cz stotliwo ci trzy razy mniejszej, czyli 0,33 MHz (rys. 3b), wyst puje ju dosy du e zniekszta cenie, a b d okre lenia amplitudy wynosi od 20 do 40% (zale nie od rozk adu próbek). Natomiast dla cz stotliwo ci 0,1 MHz (rys. 3c), przy niekorzystnym rozk adzie próbek impuls mo e by ca kiem zgubiony i trudno ju oceni pierwotny kszta t przebiegu. Problem ten nie wyst pi z racji parametrów zastosowanego oscyloskopu LeCroy 264. 3.6. wieca zap onowo pomiarowa Zaprojektowana i wykonana we w asnym zakresie na potrzeby tej pracy wieca zap onowa (rys.4) posiada odizolowan od korpusu elektrod boczn (2) w celu pod czenia rezystora pomiarowego (4) do rejestracji przebiegu pr du wy adowania zap onowego. Poniewa w wiecy dodatkowo umieszczono czujnik ci nienia (5) firmy Kistler typ 6617A, wymusi o to zwi kszenie rednicy wiecy do 18mm, a co za tym idzie, równie jej sposobu mocowania w g owicy silnika. 198
Rys. 3. Badany zakres przebiegu napi cia zap onu Fig 3. The testing range of ignition voltage run Rys. 4. Rysunek pogl dowy wykonanej we w asnym zakresie wiecy zap onowo-pomiarowej Fig. 4. Pictorial drawing of self-made measurement-ignition plug 4. Wyniki bada Dla zadanych zgodnie z programem bada parametrów mieszanki (p * Z, ) zarejestrowano wielko ci ród owe, tj.: - napi cie zap onu u Z (t), - pr d zap onu i Z (t), - ci nienie w cylindrze p, - wspó czynnik nadmiaru powietrza (t) z równoczesnym odczytem wielko ci charakteryzuj cych prac silnika. Wielko ci ród owe rejestrowane z cz stotliwo ci 50 MHz, zapisywano na dyskietce w stacji superszybkiego rejestratora oscyloskopowego, w któr jest on wyposa ony. Na jednej dyskietce o pojemno ci 1,45MB zamieszczony jest ca y jeden cykl badawczy dla wybranej jednej wilgotno ci w P powietrza zasysanego. W trakcie procesu archiwizacji rejestrowanych wyników uzupe niano dane o dotycz ce parametrów mieszanki i warunków (parametrów) próby. Wszystkie rejestracje ród owe w postaci wspó bie nie przedstawionych przebiegów u Z (t), i Z (t), p, (t). Wykonano 216 rejestracji dla sta ej pr dko ci obrotowej silnika n=2500[obr/min], zadawanych ci nie zap onu p Z oraz wspó czynnika nadmiaru powietrza. 199
Rejestracje te stanowi bogate ród o wiedzy o procesie wy adowania i mog by wykorzystywane w innych celach poznawczych. Wszystkie rejestracje rozpoczynaj si w chwili wy czenia klucza tranzystorowego od czaj cego przep yw pr du przez uzwojenie pierwotne cewki zap onowej. Rejestracja ko czy si wraz z zanikiem pr du wy adowania zap onowego. 5. Wyznaczenie wska ników wy adowania zap onowego na podstawie przebiegów ród owych W oparciu o rejestracje ród owe oraz zawarte w pkt. 3.2. definicje wska ników wy adowania zap onowego, opracowano we w asnym zakresie oprogramowanie do ich wyznaczania za pomoc komputera typ PC. Wyniki tych oblicze zestawiono w tabelach. Ka dy ze wska ników wy adowania obliczony jest jako rednia z trzech prób (rejestracji) a, b, c zgodnie z zale no ci (4): W i = (W ia + W ib +W ic )/3, (4) gdzie: W i => U P, E Z, du II, T II W ia, W ib, W ic kolejne warto ci obliczone wska nika Dane liczbowe stanowi ce punkt wyj cia do opisu zale no ci wska ników wy adowania zap onowego (U P, E Z, du II, T II ) od wspó czynnika nadmiaru powietrza oraz warto ci ci nienia zap onu p Z wyznaczono w 24 punktach (ci nienie zap onu p Z - 0,30; 0,50; 0,75; 0,90 [MPa] x wspó czynnik nadmiaru powietrza - 0,70; 0,80; 0,90; 1,0; 1,10; 1,20 ) na podstawie rejestracji ród owych wykonanych na hamowni silnikowej i zestawiono w tabelach dla trzech wilgotno ci powietrza zasysanego przez silnik. Tak przygotowane dane poddano interpolacji za pomoc dwuwymiarowych funkcji sklejanych Hermite a 3-go stopnia. W wyniku przeprowadzonej interpolacji uzyskano warto ci funkcji pokrywaj ce si w w z ach pomiarowych oraz dodatkowe warto ci funkcji pomi dzy punktami pomiarowymi. Zbiór wynikowy otrzymuje si tak e w formie macierzowej o wymiarze 26x26. Na podstawie tak otrzymanych wyników wykre lono wykresy p askie i powierzchniowe. Na kolejnych rysunkach pokazano przyk adowe wykresy. Rys. 5. Wp yw ci nienia zap onu mieszanki na napi cie przebicia przerwy mi dzyelektrodowej dla wybranych sk adów mieszanki i sta ej wilgotno ci powietrza Fig 5. Influence of mixture ignition pressure on the inter electrode gap breakdown voltage for chosen mixture composition and constant air humidity 200
Rys. 6. Wp yw wspó czynnika nadmiaru powietrza mieszanki na energi zap onu dla wybranych ci nie zap onu i sta ej wilgotno ci powietrza Fig 6. Influence of mixture air excess coefficient on the ignition energy for chosen ignition pressures and constant air humidity Rys. 7. Graficzna ekspozycja mo liwo ci wyznaczania wspó czynnika nadmiaru powietrza mieszanki z wykorzystaniem ci nienia p Z w chwili jej zap onu i odpowiadaj cego mu napi cia przebicia UP przestrzeni mi dzyelektrodowej wiecy zap onowej dla zadanej wilgotno ci w P1 powietrza zasilaj cego silnik Fig 7. Drawing of a possibility of mixture air excess coefficient determination with the use of p z pressure in the moment of ignition and the inter electrode space breakdown voltage for assumed air humidity w P1 5 Wnioski 1. W zakresie zadawanych i mierzonych ci nie mieszanki (0,3 0,9MPa) w chwili przeskoku iskry zap onowej (ci nienie zap onu mieszanki) charakter zale no ci napi cia, przy której nast puje przeskok iskry (napi cie przebicia) i ci nienia mieszanki otaczaj cej stref tego wy adowania jest bardzo podobny do charakteru tego zwi zku dla przebicia w powietrzu atmosferycznym. 2. Stwierdzono istnienie jednoznacznego zwi zku napi cia przebicia mieszanki z jej sk adem, którego miar jest wspó czynnik nadmiaru powietrza. Wp yw sk adu mieszanki na napi cie przebicia jest w du ym przybli eniu wprost proporcjonalny: im wy szy wspó czynnik nadmiaru powietrza mieszanki tym warto napi cia jej przebicia jest wy sza. 3. Wykazano istnienie zwi zku o du ym praktycznym znaczeniu mi dzy sk adem mieszanki (wspó czynnikiem nadmiaru powietrza) a napi ciem przebicia tej mieszanki. Potwierdzono dobr korelacj tych wielko ci i niewielki wp yw wilgotno ci powietrza zasysanego z 201
mieszank oraz ci nienia tej mieszanki w chwili przeskoku iskry na charakter tego zwi zku. Prosty (jednowymiarowy) zwi zek atwy b dzie do praktycznej jego realizacji. Praktyczna realizacja przestrzennego zwi zku sk adu mieszanki z napi ciem przebicia i szybko ci jego narastania jest mo liwa przy wykorzystaniu techniki mikroprocesorowej. Obydwa wska niki s proste w pomiarze i nie wymagaj modyfikacji wiecy zap onowej. Rys. 8. Graficzna ekspozycja mo liwo ci wyznaczania wspó czynnika nadmiaru powietrza mieszanki z wykorzystaniem napi cia przebicia U P przestrzeni mi dzyelektrodowej wiecy zap onowej i szybko ci jego narastania du II dla zadanej wilgotno ci w P1 powietrza zasilaj cego silnik Fig 8. Drawing of a possibility of mixture air excess coefficient determination with the use of the inter electrode space breakdown voltage U P of the ignition plug and the speed of it s escalation for assumed air humidity w P1 6. Literatura [1] St pniewski M. Analiza wp ywu wybranych parametrów mieszanki paliwowopowietrzenej na przebieg wy adowania zap onowego w silniku. Rozprawa doktorska. Wydz. Mechaniczny Politechniki Radomskiej, 2004. [2] Bosch R. Gmbh Automotive Electric/Electronic Systems [3] Cichy M., Kropiwnicki J., Makowski S. Aproksymacja Wielowymiarowych Charakterystyk Silnikowych, 4 Sympozium Ekodiesel 98, Instytut Lotnictwa Warszawa 22-24 kwiecie 1998 [4] Cichy M., Wojciechowski S. Interpolacja Charakterystyk Silnikowych za Pomoc Wielomianów, Zeszyty Naukowe Politechniki Gda skiej, Nr 189, Mechanika XVI, 1972 [5] Demidowicz R. Zap on. WKi, Warszawa 1993. [6] Eriksson L., Nielsen L., Glavenius M. Closed loop ignition control by ionization current interpretation. SAE paper No. 970854, 1997. [7] Eriksson L., Nielsen L., Nytomt J. Ignition control by ionization current interpretation. SAE paper No. 960045, 1996. [8] Flisowski Z. Technika wysokich napi. WNT, Warszawa 1992. [9] Konopi ski M. Elektronika w technice motoryzacyjnej. WKi, Warszawa 1987. [10] Lidmanowski W. Zarys teorii wy adowa w dielektrykach. WNT, Warszawa 1988. [11] Ma kowski J., Wilk K. Modelowanie procesu spalania w silniku o zap onie iskrowym. Skrypt Politechniki l skiej, Gliwice 1992. [12] Nielsen L., Eriksson L. An ion-sense engine-fine-tuner. IEEE control systems, Vol. 18(5), 1998. [13] Zhao H., Ladommatos N. Engine performance monitoring using spark plug voltage analysis. Proc. Instn Mech. Engrs, Vol.211, Part D, 1997. 202