DỊCH tài LIỆU TIẾNG ANH về ĐỘNG cơ đốt TRONG CHỦ đề ADVANCES IN INTERNAL COMBUSTION ENGINES AND FUEL TECHNOLOGIES

Phép đo độ pha loãng Các phương pháp đo phần pha loãng điện tích xi lanh thường được chia thành hai loại chính: kỹ thuật xâm lấn và không xâm lấn Các kỹ thuật xâm lấn, chẳng hạn như Quan

BỘ MÔN ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Sinh viên thực hiện:

Nội dung

Phần 1 Những tiến bộ trong động cơ đốt trong

Chương 1 Đốt hỗn hợp trong động cơ đánh lửa và Ảnh hưởng của các

biến số hoạt động

Fabrizio Bonatesta

Chương 2 Quá trình đốt cháy trong động cơ đánh lửa với Hệ thống phun

kép

Bronisław Sendyka và Marcin Noga

Chương 3 Đốt cháy điện tích phân tầng trong hê thống đánh lửa bằng tia

lửa động cơ với hệ thống phun trực tiếp

Bronisław Sendyka và Mariusz Cygnar

Chương 4 Động cơ đánh lửa nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI)

Alexandros G Charalambides

Chương 5 Những tiến bộ trong thiết kế động cơ hai kỳ,Tốc độ cao, Động

cơ nén cháy

Enrico Mattarelli, Giuseppe Cantore và Carlo Alberto Rinaldini

Phần 2 Giải pháp Nhiên liệu Tiên tiến cho Hệ thống Đốt

Chương 6 Dầu diesel sinh học Sclerocarya Birrea làm nhiên liệu thay thế

cho Động cơ đánh lửa nén

Jerekias Gandure và Clever Ketlogetswe

Chương 7 Dầu diesel sinh học cho ứng dụng tuabin khí - Nghiên cứu đặc

điểm nguyên tử hóa

Ee Sann Tan, Muhammad Anwar, R Adnan và M.A Idris

Chương 8 Đốt cháy thải ra ít khí thải của nhiên liệu rắn thay thế trong

tháp phản ứng tầng sôi

Jerzy Baron, Beata Kowarska và Witold Żukowski

Chương 9 Đốt chất thải rắn đô thị để sản năng lượng

Filip Kokalj và Niko Samec

số động cơ xe hạng nhẹ sản xuất cho thị trường Hoa Kỳ năm 2010 [3])

Các đặc tính làm cho động cơ xăng rất phù hợp với các ứng dụng trọnglượng nhẹ bao gồm tỷ lệ công suất trên trọng lượng tương đối cao, hiệusuất chấp nhận được trên nhiều loại động cơ, cơ sở hạ tầng rộng lớn choxăng và chi phí sản xuất thấp hơn khi so sánh với diesel hoặc các côngnghệ hybrid hiện đại hơn [4] Tiếp tục sử dụng hệ thống đánh lửa đã vàđang phát triển, đổi mới thành công bao gồm hệ thống phun xăng điện tử,khí thải sau xử lý, tuần hoàn khí thải và sử dụng một số dạng hệ thốngtruyền động van biến thiên Động cơ SI , được đề cập đến là động cơ bậc

tự do cao của Prucka et al [5], có công nghệ nhiên liệu linh hoạt, điểnhình là cho phép chạy bằng nhiên liệu pha trộn ethanol-xăng

Với tiến bộ công nghệ , số lượng bộ truyền động trong động cơ và sốlượng cách có khả năng thay đổi quá trình đốt cháy tăng lên Phươngpháp đốt cháy được kiểm soát dựa trên bảng tra cứu bậc tự do,ví dụ để

đặt thời gian đánh lửa tối ưu và đốt cháy giai đoạn một cách thích hợp tạiđiểm chết trên , nhưng không phù hợp trong quá trình hoạt động nhất thời

do điều kiện biên thay đổi theo chu kỳ Trong khi kiểm soát quá trình đốtcháy ở mức cao động cơ có cấu tạo phức tạp trở nên khó khăn hơn, sựphát triển của các phương pháp tiếp cận mô hình hóa, cho phép đưa vàocác công cụ kiểm soát để đảm bảo cải thiện hiệu suất và hiệu quả nhiênliệu cũng trong quá trình hoạt động nhất thời hoặc biến đổi của động cơ.Quá trình đốt cháy xăng hoặc hỗn hợp trước trong động cơ SI bị ảnhhưởng bởi trạng thái nhiệt hóa của điện tích xi lanh Các yếu tố quantrọng là nhiệt độ trong buồng cháy và áp suất, phương pháp đo áp suất vàhàm lượng của khí đốt trong hỗn hợp dễ cháy; những đại lượng này ảnhhưởng đến tốc độ đốt cháy và sự phát triển áp suất trong xi lanh Quátrình đốt cháy cũng bị ảnh hưởng rất nhiều bởi chuyển động khối lượnglớn của xi lanh và quy mô Hiểu mối liên hệ giữa đặc trưng chất đốt vàcác đặc điểm liên quan các biến hoạt động của động cơ trong bối cảnhcông nghệ hiện đại là cực kỳ hữu ích để cho phép và hỗ trợ đổi mới thiết

kế động cơ và chẩn đoán hiệu suất Chương hiện tại khám phá sự pháttriển của quá trình đốt cháy trong động cơ xăng ,điện tích xi lanh Phầnkhối lượng bị đốt cháy và thời gian cháy, và các yếu tố liên quan ảnhhưởng đến những điều này Nó cũng khám phá việc sử dụng, độ chínhxác và giới hạn của các yếu tố thực nghiệm được đề xuất gần đây (hoặcnhiệt động lực học được đơn giản hóa)) các mô hình đốt đáp ứng các yêucầu thực hiện nhanh chóng trong mô hình dựa trên các thuật toán điềukhiển và thảo luận về các kết quả có liên quan, đòi hỏi việc sử dụng Vanbiến thiên Hệ thống định thời gian Một mô hình bán chiều đơn giản hóa

ví dụ cũng được trình bày tại cuối chương, cùng với một số kết quả liênquan đến ứng dụng cho nhiên liệu linh hoạt, vận hành xăng / etanol Tất

cả dữ liệu và mô hình thử nghiệm được thảo luận ở đây đều tham khảo và

áp dụng cho quá trình đốt cháy ổn định, thường được xác định bằng Hệ

số biến đổi của Áp suất hiệu dụng trung bình được chỉ định (CoV củaIMEP) nhỏ hơn hoặc bằng 6% [6]

Mặc dù tầm quan trọng của sự thay đổi chu kỳ theo chu kỳ được thừanhận, vì điều này có thể phát sinh từ quá trình đốt cháy, chủ đề về sựcháy không ổn định đã không còn là trọng tâm của công việc hiện tại

2 Đốt cháy hỗn hợp trong động cơ SI

Phần hiện tại xem xét các đặc điểm quan trọng của quá trình đốt cháyhỗn hợp trong động cơ SI , giới thiệu các thuật ngữ, định nghĩa cơ bản vềcác chỉ số liên quan và quá trình đốt cháy các chỉ số, nguyên lý hoạt độngcủa hệ thống VVT và yếu tố có thể thể ảnh hưởng cơ bản đến quá trìnhcháy cuối cùng cung cấp các định nghĩa và các phương pháp xác địnhphần hỗn hợp trong xi lanh ảnh hưởng nhất thay đổi về cường độ cháy,

thời gian và độ ổn định, trong trường hợp động cơ được trang bị Hệ thống

VVT

2.1 Tổng quan về cơ chế lan truyền ngọn lửa

quan sát chi tiết về sự phát triển và cấu trúc của sự cháy trong động cơ SI

có thể được thực hiện bằng sử dụng ảnh trực tiếp hoặc các phương pháp

khác như Schlieren và chụp ảnh trong tối [6,7] Giai đoạn quan trọng của

quá trình đốt cháy là sự phát triển của nhân ngọn lửa,, tập trung gần với

các điện cực của bugi, phát triển từ sự phóng tia lửa điện với bề mặt gần

như hình cầu, bề mặt thấp không đều; ranh giới bên ngoài của nó tương

ứng với một phát triển giống như tấm mỏng phía trước phân tách khí

cháy và khí không cháy Quá trình đốt cháy động cơ diễn ra trong một

môi trường hỗn loạn được tạo ra bởi các dòng cắt được thiết lập trong

hành trình cảm ứng và sau đó sửa đổi trong quá trình nén Ban đầu, hạt

nhân ngọn lửa quá nhỏ so với các giá trị thang đo độ dài nhiễu loạn có

sẵn và do đó hầu như không nhận biết được vận tốc dao động [8] Chỉ

những quy mô hỗn loạn nhỏ nhất có thể ảnh hưởng đến nhân đang phát

triển, trong khi quy mô lớn hơn được cho là chỉ truyền tải phần thân của

ngọn lửa; các đặc điểm đốt cháy ban đầu tương tự như môi trường phát

sáng (một sự phát triển giống như đốt cháy tầng) Khi hạt nhân mở rộng,

nó dần dần trải qua các cấu trúc hỗn loạn lớn hơn và mặt trước phản ứng

ngày càng trở nên nhăn nheo Trong giai đoạn đốt cháy chính, tấm phản

ứng trở nên nhăn nheo và phức tạp và vùng phản ứng, có màu đỏ‐ tỷ lệ

khí cháy và không cháy, được mô tả như một chổi lửa dày đặc Trong khi

độ dày của mặt trước phản ứng dạng tấm ban đầu là 0,1 mm, độ dày tổng

thể ngọn lửa này có thể đạt đến vài mm; điều này sẽ phụ thuộc vào loại

nhiên liệu, tỷ lệ tương đương và mức độ hỗn loạn

Trường dòng chảy hỗn loạn, cụ thể là vận tốc dao động, xác định tốc độ

trong vùng phản ứng, đã được mô tả [9, 10] là bao gồm nhiều hốc nhỏ và

cách nhiệt của khí không cháy như các nếp nhăn được đánh dấu bên trong

đặc trưng cho một tấm mỏng đa kết nối đã được nâng cao, mô tả lớp ranh

giới cục bộ của vùng này như một hình cầu gần như ngọn lửa phía trước,

khuếch tán ra bên ngoài với tốc độ ngọn lửa tầng [6] Gillespie và các

đồng nghiệp cung cấp một đánh giá hữu ích về các khía cạnh đó của quá

trình nhiều lớp và hỗn loạn sự lan truyền ngọn lửa, có liên quan đến quá

trình đốt cháy động cơ SI [8] Tương tự như laminar-like quá trình đốt

cháy diễn ra trong môi trường tĩnh lặng, hai định nghĩa chính về thời gian

tốc độ đốt cháy có thể được đề xuất cho quá trình đốt hỗn hợp Điều đầu

tiên liên quan đến tỷ lệ hình thành các sản phẩm bị đốt cháy:

d m e

dτ

Trong các biểu thức cơ bản ở trên về tính liên tục của khối

lượng, ρ u là khối lượng riêng của khí chưa cháy,

A f là diện tích bề mặt phía trước phản ứng tham chiếu S b (hoặc S e) vận tốc

cháy

Sự phụ thuộc của tốc độ cháy vào sự hỗn loạn được thể hiện trong thuật

ngữ vận tốc, về cơ bản được mô hình hóa như một hàm của cường độ hỗn

loạn,u 'và tầng vận tốc cháy, S L

Cái thứ hai, được đề cập vận tốc ngọn lửa tầng trong các mô hình truyền

ngọn lửa đơn giản hóa , đã được chứng minh là vẫn giữ được vai trò hàng

đầu ngay cả trong quá trình cháy hỗn loạn và phụ thuộc mạnh mẽ vào các

điều kiện nhiệt động lực học (cụ thể là áp suất và nhiệt độ) và theo trạng

thái hóa học (cụ thể là hỗn hợp dễ cháy mạnh, tức là đo phân lớp, và phần

pha loãng khí bị đốt cháy) của hỗn hợp chưa cháy tiếp cận vùng cháy Sự

khác biệt giữa hai biểu thức của tốc độ cháy phụ thuộc vào độ dày phía

trước ngọn lửa mà tại mỗi thời điểm sẽ chứa một khối lượng nhất định (

m e − m b), đã cuốn vào vùng phản ứng nhưng chưa cháy Một số định nghĩa có thể được sử dụng cho diện tích bề mặt tham chiếu: đại lượng A f được xác định ở trên là mặt trước ngọn lửai, thường được giả định là nhẵn và gần như hình cầu, có thể phát hiện được với kết hợp sử dụng kỹ thuật hình ảnh Schlieren và sau đó được truy tìm bằng các vòng tròn phù hợp nhất [11, 12].

Một cách xác định khác coi cái gọi là bề mặt đốt Ab, được định nghĩa là

bề mặt của thể tích Vb chứa khí vừa đốt: hiệu số (r f − r b) giữa tương ứng

bán kính sẽ chia tỷ lệ với kích thước của các nếp nhăn đặc trưng cho vùng

phản ứng thực Khi vận tốc cháy được tính toán từ dữ liệu tốc độ đốt / áp

suất thực nghiệm (xem dưới đây), bề mặt lạnh A f thường tương đương với

bề mặt đốt A b [13], giả định rằng độ dày của vùng phản ứng / tấm mặt

trước có thể được bỏ qua Các tấm ngọn lửa, trong quá trình đốt cháy , có

thể bị kéo căng, điều này cho thấy sự làm giảm tác động lên bề mặt phía

trước ngọn lửa, và có xu hướng giảm vận tốc cháy Khi ngọn lửa được

phát triển đầy đủ, kết hợp hầu hết các điều kiện có sẵn, trải dài hình học

được thay thế bằng biến dạng khí động học Hoạt động của ngọn lửa

trong tất cả các giai đoạn của quá trình cháy giảm khi tăng áp suất, thấp ở

điều kiện hoạt động giống như động cơ [8]

2.2 chuyển động trong xi lanh và các yếu tố ảnh hưởng đến

quá trình đốt cháy

Mặc dù vận tốc nạp trung bình trong xi lanh động cơ có thể ảnh hưởngđến tốc độ ban đầu của quá trình đốt cháy, bằng cách làm biến dạng nhânngọn lửa đang phát triển và có thể bằng cách tăng bề mặt đốt có sẵn [14],

cơ chế chính của quá trình cháy tăng cường là sự hỗn loạn Động cơ xăngthiết kế hiện đại thường có 4 van trên mỗi xi-lanh, 2 cửa nạp và 2 ống xảvan Việc sử dụng hai van nạp, tạo ra sự đối xứng của dòng nạp theophương thẳng đứng trục, tạo ra một chuyển động được gọi là xoắn ốc.Dòng chảy xoắn ốc được đo bằng một số không thứ nguyên được gọi là

tỷ lệ xoắn ốc, được định nghĩa là tỷ số giữa tốc độ của dòng khối lượnglớn quay và tốc độ quay của động cơ Dòng chảy trung bình nhào lộn đãđược quan sát để thúc đẩy quá trình đốt cháy [15, 16] thông qua sự tạo rahỗn loạn vào cuối hành trình nén Khi dòng chảy được nén trong mộtkhối lượng giảm dần, các xoáy xoay tạo nên dòng chảy xoắn ốc có xuhướng bị vỡ xuống các cấu trúc nhỏ hơn và động năng của chúng đượcchuyển đổi dần dần và một phần trong động năng hỗn loạn Cường độnhiễu động có thực sự tăng lên trong quá trình nén hay không (và khi bắtđầu đốt) sẽ được quyết định bởi tốc độ hỗn loạn đồng thời sản xuất vàphân tán nhớt [17] Mặc dù tài liệu có phần không rõ ràng về chủ đề này,

tỷ lệ khối lượng tăng lên cũng đã được báo cáo để cải thiện ổn định và

mở rộng giới hạn đối với hỗn hợp đặc hoặc hỗn hợp loãng [15, 18]

Hai tham số thường được sử dụng để mô tả ảnh hưởng của nhiễu loạn đốivới sự lan truyền ngọn lửa: thang đo độ dài tích phân L và cường độnhiễu loạn u ' Đầu tiên là thước đo kích thước của xoáy nhiễu loạn lớn vàtương quan với chiều cao của buồng đốt khi piston ở ĐCT của quá trìnhđốt cháy, L thường là 2 mm [19] Tham số thứ hai là được định nghĩa làcăn bậc hai của dao động vận tốc Theo nhiều nghiên cứu thực nghiệm cósẵn trong tài liệu, ví dụ [12, 20, 21], cường độ nhiễu động, đối với động

cơ nhất định và thiết lập vận hành, sẽ phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ động

cơ (hoặc tốc độ trung bình pít tông, vận tốc) Các nghiên cứu Động lựchọc chất lỏng tính toán về chế độ hỗn loạn trong xi lanh, được thực hiệnbởi Tác giả [22] trên động cơ PFI, 4 van / xi lanh, cho thấy rằng sự hỗnloạn cường độ (được mô hình hóa bằng cách tiếp cận k −ε thông thườngε thông thường[6]) được đặc trưng bởi xu hướng giảm trong quá trình nén và lên đếnĐCT của quá trình đốt cháy Trong phạm vi động cơ tốc độ được điều tra,nằm trong khoảng 1250 đến 2700 vòng / phút, giá trị trung bình theo khốilượng của cường độ nhiễu loạn, khi pít-tông đang đến gần ĐCT, có thểđược tính gần đúng u '≈0,38SP, trong đó SP là tốc độ piston trung bình(đơn vị m / s), được cho bởi SP = 2SN, với hành trình động cơ S (m) vàtốc độ động cơ N (vòng / s) Các lý thuyết đã được phát triển cho thấytầm quan trọng đối với sự hỗn loạn bổ sung được tạo ra bên trong vùngkhông cháy phía trước mặt phản ứng, bởi ngọn lửa được tạo ra

Không một ai xác nhận bởi các quan sát trực tiếp và tính hợp lệ củachúng luôn được suy ra bởi phương tiện so sánh giữa các dự đoán của môhình và dữ liệu thực nghiệm Tabaczynski và đồng nghiệp [23, 24] đãphát triển lý thuyết biến dạng nhanh xoáy theo đó các xoáy nước hỗn loạnriêng lẻ trải qua quá trình nén đẳng entropi nhanh, theo cách mà mômenđộng lượng được bảo toàn Họ kết luận rằng do sự tương tác này, sự hỗnloạn cường độ tăng và thang độ dài giảm tương ứng trong quá trình đốtcháy Hoult và Wong [25], trong một nghiên cứu lý thuyết dựa trên sự đốtcháy thể tích không đổi hình trụ , áp dụng lý thuyết biến dạng nhanhtương tự để kết luận rằng mức độ nhiễu loạn của khí chưa cháy chỉ phụthuộc vào giá trị ban đầu của nó và mức độ nén do ngọn lửa mở rộng.Một sự phù hợp thú vị của dữ liệu thử nghiệm để suy luận do quá trìnhđốt cháy tạo ra cường độ nhiễu động là do Groff và Matekunas [12].

2.3 Cơ cấu truyền động van biến thiên

Lý do phổ biến nhất được nêu ra để giới thiệu hệ thống truyền động vanbiến thiên trong SIengines là nâng cao mô- men xoắn phanh động cơ vàđạt được những cải tiến về sự thay đổi của nó theo tốc độ động cơ, đặcbiệt là tốc độ (bao gồm cả các điều kiện) và tốc độ động cơ cao hơn.Lý

do thứ hai cùng tồn tại là để giảm lượng khí thải, đặc biệt là oxit nitơ, cáchydrocacbon không cháy [26]

Ngày nay nhiều động cơ hiện đại được trang bị công nghệ VVA vì nhữngcải tiến có thể đo lường được mức tiêu thụ nhiên liệu và hiệu quả trongnhiều điều kiện vận hành, bao gồm cả điều kiện bán tải Hiệu quả cải tiến

là hệ quả trực tiếp của việc giảm tổn thất nạp (điều tiết nạp) Ở tải thấpđến trung bình, hoạt động van thay đổi, đặc biệt là sự mở rộng sự chồngchéo khoảng thời gian (giữa việc mở van nạp và đóng van xả), gây ảnhhưởng mạnh mẽ dựa trên lượng khí đốt cháy tuần hoàn từ chu trình động

cơ này sang chu trình động cơ sau Lượng này hoặc cụ thể hơn là gọi làphần thể tích pha loãng, có ảnh hưởng sâu sắc đến tốc độ và thời gian đốtcháy Các chiến lược kiểm soát đốt cháy nhằm mục đích cải thiện hiệuquả trên toàn bộ phạm vi tốc độ và tải của động cơ phải xem xét cẩn thậnmức độ các đặc tính đốt cháy có thể được sửa đổi bởi VVA

2.3.1 Tổng quan về cơ chế hoạt động VVA

Sự phát triển của hệ thống VVA bắt đầu vào cuối những năm 1960 và hệthống đầu tiên đã được đưa vào sản xuất vào năm 1982 cho thị trườngHoa Kỳ, được thúc đẩy bởi việc thắt chặt luật khí thải [26] hệ thống này

là một thiết bị hai vị trí đơn giản, giúp giảm sự chồng chéo van khi khôngtải điều kiện, cải thiện độ ổn định của quá trình đốt cháy và do đó giảmlượng khí thải độc hại Với các mục tiêu khác nhau, đặc biệt là sự giatăng của công suất mô-men xoắn của phanh ở cả hai đầu của động cơ

phạm vi tốc độ, khiến nhà sản xuất thứ hai phát triển hệ thống VVA chocông suất nhỏ động cơ xe máy Được phát hành cũng vào đầu những năm

1980, hệ thống này hoạt động bằng cách đơn giản tắt kích hoạt một đầuvào một van xả trên mỗi xi lanh khi tốc độ động cơ dưới một giới hạn cốđịnh, đạt được khả năng tạo hỗn hợp tốt hơn và nhiễu loạn trong xi lanhlớn hơn do giảm diện tích đầu vào thấp hơn.Sự hiểu biết tốt hơn về nhữnglợi thế tiềm năng trong việc tiết kiệm nhiên liệu, trong nhiều năm gần đây, mối quan tâm ngày càng tăng đối với công nghệ VVA và hầu hết các nhàsản xuất lớn hiện đang sản xuất động cơ với một số dạng VVA Hầu hết các hệthống hiện đang được sử dụng đều cho phép biến đổi liên tục phân kỳ trục cam;một số cơ chế phức tạp có khả năng chuyển đổi cam để đạt được lợi ích của cáccấu hình nâng van khác nhau Từ năm 2001, Các nhà sản xuất ít nhất đã thànhlập nâng van biến thiên và cơ chế điều khiển pha thành động cơ sản xuất đầutiên có tính năng kiểm soát lưu lượng khí của tải động cơ [27]

Lượng không khí trong lành bị giữ lại trong xi lanh là được kiểmsoát duy nhất bởi chiến lược Đóng van nạp thích hợp, loại bỏ nhu cầuđiều tiết và tổn thất bơm liên quan Thang đo biến đổi phục vụ như mộtphương tiện kiểm soát không khí vận tốc cảm ứng và cuối cùng là mức

độ hỗn loạn trong xi lanh Ahmad và đồng nghiệp [28] phân loại hệ thốngVVA thành năm loại tùy thuộc vào cấu tạo Những cấu tạo phức tạp nhấtđược xếp vào loại 5, có khả năng thay đổi độ nâng của van, khoảng thờigian mở và phân kỳ, độc lập với nhau cho cả hai lượng nạp và xả củavan Mặc dù có những lợi thế tiềm năng, các hệ thống cơ khí thuộc loại 5thì đắt tiền, cồng kềnh và phức tạp

Hệ thống tác giả đề cập trong việc thử nghiệm được báo cáo trongcác phần sau đây được xếp vào loại 3, vì nó cho phép thay đổi giai đoạnliên tục và độc lập khoảng thời gian việc mở van nạp và xả , với các khảnăng nâng van cố định Hệ thống này thường được gọi là TwinIndependent Variable Valve Timing gọi tắt là TI-VVT, trong đó cả haitrục cam được thực hiện đồng thời với số lượng bằng nhau

2.3.2 Hoạt động VVT và ảnh hưởng đến phần pha loãng hỗn hợp

Bằng cách kết hợp nhiều thời điểm van nạp và van xả, hệ thốngTI-VVT cho phép xác định cách vận hành tối ưu trên toàn bộ phạm viđộng cơ và điều kiện vận hành có tải Thời gian mở van nạp sớm tạo ralượng lớn khoảng trùng lặp van và tăng độ pha loãng điện tích với khíđốt.Thời gian IVO muộn dẫn đến việc bơm tăng lên, nhưng có thể chothấy tác dụng ngược lại ở tốc độ động cơ cao, nơi có thể đạt được hiệusuất thể tích bằng cách khai thác hiệu ứng pít tông của hệ thống nạp [6]

Nếu các cấu hình chuyển động của van được cố định, các thay đổi đối vớiIVO sẽ được tái tạo bởi các cấu hình đó thành IVC, với ảnh hưởng đáng

kể đến khối lượng điện tích mới bị mắc kẹt, do đó đối với tải động cơ và

có thể đo lường được thay đổi tổn thất bơm IVC sớm kiểm soát tải động

cơ bằng cách đóng van đầu vào khi đã nạp đủ điện vào xi lanh Giảmnhiên liệu phanh cụ thể Tiêu thụ lên đến 10% đã được quan sát thấy vớiIVC ban đầu [29, 30].Gần đây nghiên cứu của Fontana và cộng sự [31]

và của Cairns et al [32] cho thấy mức giảm tiêu thụ nhiên liệu tương tự ,nhưng giải thích những điều này đề cập đến sự chuyển dịch của khôngkhí sạch với quá trình đốt cháy các sản phẩm trong khoảng thời gianchồng lên nhau của van, giúp giảm nhu cầu cung cấp.Hệ thống xả cách

mở van sẽ được quyết định các lợi ích của xả khí thải (EVO sớm) vànhững thứ liên quan đến tỷ lệ mở rộng lớn hơn (EVO muộn) Ở điều kiệntải và tốc độ cao, EVC muộn khai thác lợi ích của hiệu ứng pittong, cóthể hỗ trợ quá trình thu gom các sản phẩm đốt cháy Chiến lược van xảcũng góp phần vào quá trình chuẩn bị hỗn hợp ở mọi điều kiện động cơ,bằng cách đốt cháy khí trong xi lanh (EVC sớm) hoặc bằng cách chảyngược vào xi lanh khi nạp và xuất van xả chồng lên nhau (EVCmuộn).Tập trung vào việc chuẩn bị hỗn hợp dễ cháy và quá trình đốt cháytiếp theo, mức độ pha loãng điện tích bởi khí đốt là đại lượng có ảnhhưởng lớn nhất bằng nhiều cách sử dụng thời gian van biến thiên Phaloãng điện tích có xu hướng làm chậm tốc độ cháy bằng cách tăng nhiệtdung tích, cuối cùng làm giảm nhiệt độ ngọn lửa đoạn nhiệt.Sự pha loãng

có xu hướng tăng lên khi sự chồng chéo van ngày càng tăng, đặc biệt làdưới điều kiện vận hành tải nhẹ thì điều tiết khí nạp tạo ra áp suất tươngđối cao sự khác biệt giữa ống xả và ống nạp Điều này thúc đẩy dòngchảy ngược của xả khí vào xi lanh và các cửa nạp Khí tái chế còn lại trởthành một phần của chu kỳ động cơ sau.mức độ tương tác mạnh mẽ giữacác sản phẩm cháy trong hỗn hợp mới tạo thành tốc độ của động cơ Tăngtốc độ rút ngắn thời gian trùng lặp van trong thời gian thực, đồng thờităng tải trọng làm tăng mức áp suất của hệ thống nạp hạn chế các dòngchảy tuần hoàn Ở tốc độ cao và điều kiện tải, sự pha loãng điện tích tăngvới van tăng sự chồng chéo được hạn chế

2.4 Định nghĩa phần khối lượng pha loãng và phép đo

Trong trường hợp động cơ xăng được trang bị hệ thống VVT, phầnkhối lượng pha loãng được định nghĩa bằng hai thuật ngữ khác nhau.Phần đầu tiên, được đặt gọi là phần khí dư, được liên kết với lượng khíđốt còn lại bên trong buồng đốt khi pít-tông chạm tới ĐCT của hành trình

xả Nếu van xả đóng trước ĐCT, thì khối lượng dư phần nhỏ sẽ được giữlại bên trong xi lanh ở EVC Trong ký hiệu, phần khối lượng còn lại đượcviết là:

r m tot (3)

x = m r

Thuật ngữ thứ hai là Tuần hoàn khí thải bên trong, tức là lượng khí đốt

cháy được tái tuần hoàn từ cửa xả đến cửa nạp trong khi các van chồng

Vì không có cách nào để phân biệt giữa m r và m EIGR, nên tổng khối lượng

khí được tái chế từ một chu trình động cơ đến chu trình sau được gọi đơn

giản là khối lượng bị đốt cháy, m b Tổng phần khối lượng pha loãng giả

định có dạng:

Trong các biểu thức trước, m tot là tổng khối lượng còn lại bên trong hình

trụ ở IVC, được tính bằng cách cộng tất cả các phần đơn lẻ vào tổng:

Tổng khối lượng của xi lanh cũng phải tính đến một khối lượng nhỏ

nhưng không đáng kể , có thể xác định m air không đổi

2.4.1 Phép đo độ pha loãng

Các phương pháp đo phần pha loãng điện tích xi lanh thường được

chia thành hai loại chính: kỹ thuật xâm lấn và không xâm lấn

Các kỹ thuật xâm lấn, chẳng hạn như Quang phổ Raman tự phát và huỳnh

quang cảm ứng bằng laser, yêu cầu các sửa đổi vật lý đối với động cơ, có

khả năng can thiệp vào quá trình đốt cháy bình thường [33].Dữ liệu thực

nghiệm được trình bày trong các phần sau đây đã được thu thập bằng

cách sử dụng kỹ thuật lấy mẫu không xâm lấn, đòi hỏi việc chiết xuất một

mẫu khí trong quá trình hành trình nén của mọi chu kỳ động cơ, giữa IVC

và Định thời tia lửa Dòng khí chiết xuất nhỏ, được điều khiển thông qua

van tần số cao, được đưa qua máy phân tích GFC IR đầu tiên, có thể hoạt

động ở tốc độ dòng chảy thấp, để mang lại khối lượng nồng độ mol

carbon dioxide còn lại trong xi lanh Máy phân tích GFC IR thứ hai được

sử dụng để đo CO2 thải ra, đồng thời Phần khối lượng pha loãng được

tính toán dựa trên các số đọc từ hai máy phân tích, với biểu thức:

x¿¿ co2 )compr ¿ là phần mol CO2 trong hỗn hợp chưa cháy được chiết

xuất trong quá trình nén;

( ~

x¿¿ co2 )exℎ ¿ là phần mol trong dòng khí thải

(~

x¿¿ co2 )air ¿ là không khí vào (có thể giả định không đổi ở mức 0,03%)

Có thể tìm thấy kết quả đầy đủ của phương trình (7), cùng với cách

sử dụng hệ thống lấy mẫu phí xi lanh trong [22] và trong [33]

Vì CO2 thường được đo trong các dòng khí được làm khô hoàn

toàn, đầu ra từ các máy phân tích là phân số mol rắn và cần được chuyển

đổi thành phân số mol lỏng để có được số đo thực Heywood [6] đề xuất

sử dụng biểu thức sau cho hệ số hiệu chỉnh:

Trong phương trình (8), ~x ∗ i chỉ ra phần nhỏ số mol khô của thành

phần thứ i, trong khi (m / n) = 1,87 là tỷ lệ hiđro trên cacbon của phân tử

xăng Hệ số K giả định các giá trị khác nhau nếu được tính toán bằng

cách sử dụng các mẫu trong xi lanh hoặc các mẫu dòng khí thải, do đó

các tính toán riêng biệt là cần thiết Dữ liệu được thu thập trong quá trình

nghiên cứu hiện tại cho thấy rằng, độc lập với điều kiện vận hành, mức

pha loãng lỏng lớn hơn mức pha loãng rắn từ 11% đến 13%

2.4.2 Pha loãng bằng cách tuần hoàn khí thải bên ngoài

Trong một động cơ không chỉ được trang bị hệ thống VVT, mà còn hệ

thống tuần hoàn khí thải bên ngoài hệ thống, tổng khối lượng khí đã qua

sử dụng bị mắc kẹt tại IVC chiếm một nguồn khác (

+m EEGR )và tổng độ pha loãng được viết

Khí được tuần hoàn bên ngoài thường được biểu thị bằng một số (hoặc

phần trăm) của dòng ống nạp Công thức cho phép tính đại lượng này là:

man ( x ¿¿ co2 )exℎ −(x ¿¿ co2 )air ¿¿

Các ký hiệu trong biểu thức trên vẫn giữ nguyên ý nghĩa như trước;

3 Sự phát triển quá trình đốt cháy: Phần khối lượng bị đốt cháy

Sự phát triển của quá trình đốt cháy như được chỉ ra bởi sự thay đổi MFB

được xem xét trong phần hiện tại Hai phương pháp tính toán sự thay đổi

này từ các phép đo của áp suất trong xi lanh được phân giải Góc quay

thường được sử dụng Rassweiler và Withrow phương pháp hoặc các biến

thể của MFB [34, 35] và việc áp dụng Định luật thứ nhất của Nhiệt động

lực học Hai cách tiếp cận đã được chứng minh là mang lại kết quả có thể

so sánh chặt chẽ trong trường hợp ổn định sự đốt cháy [22] Phương pháp

Rassweiler và Withrow là những hạn chế của MFB tập trung vào đây Tất

cả dữ liệu thử nghiệm được trình bày trong phần này và những dữ liệu

sau đây tham khảo cho cùng một công cụ nghiên cứu, trừ khi có quy định

khác Thông số kỹ thuật của động cơ này được đưa ra trong phần 4.1.Đại

lượng gọi là MFB, là một tỷ lệ khối lượng không thứ nguyên có thể được

Hình 1 áp suất trong xi lanh cho một chu kỳ cháy (đường đậm) và biên dạng MFB

(đường mịn); điều kiện hoạt động : tốc độ động cơ N = 1500 vòng / phút; công suất

mômen động cơ T = 30 Nm Đường nét đứt thể hiện áp suất của chu trình động cơ

Ởcuối giai đoạn này, một phần khối lượng nhỏ là 1% đã bị đốt cháy

Trong giai đoạn thứ hai, sự giải phóng năng lượng hóa học, tốc độ đốt

cháy mạnh hơn, làm phát sinh áp suất trong chu kỳ cháy.Áp suất max đạt

15 độ CA độ ATDC, khi đó xuất hiện tiếp xúci giữa bề mặt ngọn lửa và

thành xi lanh, MFB tiếp cận 100% với độ dốc giảm dần Biên độ MFB

cung cấp cơ sở thuận tiện cho việc mô tả đặc tính đốt cháy, phân chia quá

trình đốt cháy trong những khoảng thời gian đáng kể, sự phát triển của

ngọn lửa, sự cháy nhanh chóng và kết thúc quá trình đốt cháy, trong miền

CA Vùng ban đầu của đường cong, từ tia lửa phóng điện đến điểm nhỏ

nhưng có thể nhận biết được của nhiên liệu đã đốt cháy, biểu thị cho quá

trình phát triển của ngọn lửa Thường thấy Góc phát triển ngọn lửa được

xác định như khoảng CA giữa ST và 10% MFB:

FDA đề cập đến quá trình chuyển đổi giữa giai đoạn phát triển ban đầu và

giai đoạn cháy nhanh ở đó khối lượng cháy trong điều kiện gần như ổn

định, tức là với một khối lượng không đổi tốc độ cháy ở mặt trước phản

ứng [9] Một định nghĩa phổ biến thay thế của FDA, khoảng giữa ST và

5% MFB.Các định nghĩa khác đề cập đến một khoảng thời gian phát triển

(ví dụ ST đến 1% MFB) bị thiếu chính xác do dốc của biên độ MFB

trong giai đoạn đầu của quá trình.Khoảng thời gian đốt cháy sau, Góc đốt

cháy nhanh, thường được định nghĩa là CA Khoảng thời gian mà MFB

tăng từ 10% đến 90%:

RBA=ϑ 90 %− ϑ10 % (14)

Việc lựa chọn 90% MFB làm điểm giới hạn được quyết định từ giai

đoạn cuối cùng của quá trình cháy khó xác định Trong quá trình được

gọi là kết thúc quá trình đốt cháy, sự giải phóng năng lượng hóa học từ

nhiên liệu đốt cháy có thể so sánh với các quá trình truyền nhiệt khác xảy

ra đồng thời; trong giai đoạn này, MFB chỉ tăng lên một chút so với một

số lượng lớn CA độ

3.1 Phương pháp rassweiler và withrow

Trong phần hiện tại và những phần tiếp theo, phương pháp

Rassweiler và Withrow đã được được sử dụng để tính toán MFB từ các

bản ghi áp suất thử nghiệm trung bình tổng thể và dữ liệu biến đổi khối

lượng Phương pháp này được thiết lập tốt do dễ thực hiện, cho phép xử

lý thời gian thực và vì nó cho thấy khả năng chịu đựng tốt nội tại đối với

tín hiệu áp suất tiếng ồn trong phạm vi rộng của các điều kiện hoạt động

của động cơ [3Trong phần hiện tại và những phần tiếp theo, phương pháp

Rassweiler và Withrow đã được được sử dụng để tính toán MFB từ các

bản ghi áp suất thử nghiệm trung bình tổng thể và dữ liệu biến đổi khối

lượng Phương pháp này được thiết lập tốt do dễ thực hiện, cho phép xử

lý thời gian thực và vì nó cho thấy khả năng chịu đựng tốt đối với tín hiệu

áp suất tiếng ồn trong phạm vi rộng của các điều kiện hoạt động của động

cơ [35].Cơ sở lý luận của nó đến từ quan sát các quá trình phản ứng có

khối lượng không đổi, trong đó khối lượng phân đoạn của điện tích bị đốt

cháy đã được xem là xấp xỉ bằng độ tăng áp suất phân đoạn Nếu p totvàp τ ,

tương ứng, áp suất khi kết thúc quá trình đốt và tại thời điểm chung τ ,

Chính xác hơn, sự gia tăng áp suất do quá trình đốt cháy tỷ lệ thuận

với sự tỏa nhiệt hóa học chứ không phải là khối lượng bị đốt cháy phân

đoạn, nhưng tính toán MFB bằng cách sử dụng ước lượng gần đúng ở

trên phù hợp với những gì từ các mô hình nhiệt động lực học [36].Để áp

dụng cho các điều kiện giống như động cơ, tương tự với nổ có khối lượng

không đổi, tổng sự gia tăng áp suất được đo trong một khoảng CA nhỏ

được chia thành các phần do đốt cháy và chỉ thay đổi thể tích:

Trong mỗi bước CA, các gia số do chuyển động của piston được tính toán

với giả định rằng áp suất trải qua một quá trình đa hướng:

Các thí nghiệm về thể tích không đổi cũng chỉ ra rằng áp suất tăng lên

do đốt cháy, tổng khối lượng không đổi, tỉ lệ nghịch với khối lượng Để

rút ra sự tương quan thứ hai với quá trình đốt cháy động cơ, sự gia tăng

áp suất đốt cháy ở mỗi bước, được tính bằng (ΔP −ΔPV), được nhân vớiP −ε thông thườngΔP −ΔPV), được nhân vớiPV), được nhân với

tỷ lệ thể tích để loại bỏ ảnh hưởng của sự thay đổi thể tích Mối quan hệ:

[∆ P V ]ϑ→ϑ+1= [∆ P −∆ V ]ϑ →ϑ+1 V ϑ

(18)

V ref

cho phép xác định sự gia tăng áp suất do quá trình đốt cháy xảy ra trong

cùng một lượng V ref Thể tích tham chiếu được lấy bằng thể tích thải, tức

là thể tích buồng đốt khi piston ở ĐCT Mối quan hệ mang lại cho MFB

như một phần của CA thu được biểu thức sau:

3.1.1 Chỉ số đa hướng và điều kiện EOC để tính toán MFB

Phương pháp được thảo luận ở trên cung cấp một nền tảng mạnh mẽ

để trích xuất thông tin quá trình đốt cháy từ dữ liệu cảm biến được thu

thập thường xuyên Tuy nhiên, độ chính xác không đảm bảo như EOC

không thể dễ dàng xác định được và bởi vì nó chỉ tính đến tổn thất nhiệt

cho thành xi lanh, bằng cách chọn các chỉ số đa hướng thích hợp cho các

hành trình nén và giãn nở Về lý thuyết, chỉ số trong phương trình (17) sẽ

thay đổi liên tục trong quá trình đốt cháy Tuy nhiên, điều này không thực

tế và có một cách xác định chỉ số dễ dàng hơn Trong công việc được

trình bày ở đây, hai giá trị khác nhau của chỉ số đa hình được sử dụng cho

các khoảng thời gian trong quá trình nén và hành trình công suất, tương

ứng Việc đánh giá đường cong MFB được tiến hành bằng các lần lặp lại

liên tiếp, cho đến khi các giá trị thích hợp của các chỉ số đa hướng, liên

quan đến việc xác định EOC, được thiết lập Độ nhạy của áp suất tăng lên

đối với các chỉ số này tăng theo áp suất và sau đó được nhấn mạnh sau

ĐCT, khi áp suất trong xi lanh đạt cực đại Trong khi độ nhạy của cấu

hình MFB đối với chỉ số nén là tương đối thấp, việc lựa chọn chỉ số mở

rộng quan trọng hơn Trong quá trình nén, hỗn hợp chưa cháy gần như

trải qua một quá trình bắt đầu ở IVC Trong quá trình này, chỉ số nén đa

hướng được tính là âm, độ dốc của biểu đồ [log V, log P] thực nghiệm

trên 30 điểm liên tiếp trước ST, và duy trì không thay đổi cho đến ĐCT

Trong quá trình giãn nở, chỉ số đa hướng thay đổi do một số hiện tượng

đồng thời, bao gồm truyền nhiệt, trao đổi và biến thiên hỗn loạn Về lýthuyết, nó tăng tiến tới một giá trị tiệm cận ngay trước EVO Theo đềxuất của Karim [37], EOC kết hợp điều kiện ∆ P c = 0 với một chỉ số mởrộng có giá trị gần như không đổi Với t điều kiện hợp lý được đưa ra đểxác định EOC, chỉ số giãn nở chính xác sẽ là chỉ số mà khi quá trình đốtcháy kết thúc, duy trì cấu hình MFB ổn định ở 100% cho đến EVO: điềukiện áp suất đốt bằng không [35] Trong công việc này, chỉ số mở rộngđược ước tính bằng một quy trình lặp lại, trong đó, bắt đầu từ giá trị thamchiếu (ví dụ: 1,3), chỉ số được điều chỉnh dần dần cùng với EOC, cho đếnkhi cấu hình MFB có được hình dạng S hợp lý, đáp ứng yêu cầu của điềukiện áp suất đốt bằng không Một số phương pháp được báo cáo trong tàiliệu để xác định EOC; ví dụ: phương pháp phủ định đầu tiên và phươngpháp tổng số âm, giả sử rằng EOC xảy ra khi tìm thấy một hoặc ba giá trị

âm liên tiếp của ∆ P c

Trong phương pháp này, Quá trình cháy được cho là kết thúc khi

∆ P ctrở thành một phần nhỏ không đáng kể (trong khoảng 0,2%) của tổng

áp suất tăng ΔP −ΔPV), được nhân vớiP trong 3 bước CA liên tiếp

3.1.2 Các phương pháp ước tính chỉ số mở rộng khác

Các phương pháp khác đã được đề xuất để đánh giá tiếp theo Mộtngười tính toán chỉ số dưới dạng độ dốc của biểu đồ báocáo trong khoảngthời gian hẹp trước EVO Mặc dù điều này phương pháp tiếp cận tránhxác định EOC, kết quả thực nghiệm cho thấy rằng các tính toán khoảngthời gian đã chọn và nói chung, thời gian cháy được đánh giá quá cao.Một cải tiến đối với phương pháp này, nexp đã được tính là giá trị cho

ΔP −ΔPV), được nhân vớiPc trung bình bằng 0 sau khi quá trình đốt kết thúc, thỏa mãn điều kiện

áp suất đốt bằng không [35]

Một lần nữa, cách tiếp cận khoảng thời gian mà ΔP −ΔPV), được nhân vớiPc trung bình đượcđánh giá, phản ánh phép đo áp suất và thực tế là nexp thường không đúngcách trước khi EVOHình 2 so sánh trực tiếp ba phương pháp xác định chỉ

số giãn nở khác nhau cho tốc độ động cơ 1900 vòng / phút và mô-menxoắn 40 Nm (kết quả tương tự là thu được ở các điều kiện hoạt động khácnhau): với quan điểm rằng phương pháp lặp lại của ước tính nexp manglại các đặc tính MFB chính xác (đối với quá trình đốt cháy ổn định, luônnhất quán tương tự như từ các mô hình nhiệt động lực học [22]), sửa đổiđược đề xuất trong [35] có xu hướng đánh giá quá cao thời gian cháytrong giai đoạn cháy nhanh và đặc biệt là trong giai đoạn kết thúc, với tácdụng trì hoãn EOC Phương pháp ước tính chỉ số mở rộng rất quan trọng

vì các phương pháp khác nhau có thể gây ra sự thay đổi hơn 40% trongRBA được tính toán.Phương pháp ước tính chỉ số mở rộng rất quan trọng

vì các phương pháp khác nhau có thể gây ra sự thay đổi hơn 40% trongtính toán RBA

3.2 Lỗi tính toán trong biên dạng MFB

Các đặc tính đốt cháy được tính toán của động cơ, bao gồm cả biêndạng MFB, có thể bị ảnh hưởng bởi các phép đo và sai số tính toán Hầuhết các điểm tiềm ẩn không chính xác liên quan đến việc xác định áp suấttuyệt đối trong xi lanh Việc áp dụng trung bình áp suất tổng thể, nhưtrong nghiên cứu hiện tại nên dựa trên việc thu được mức tối thiểu của

100 chu kỳ riêng lẻ [38], có lợi để giảm thiểu sai số phân tán theo chu kỳ(độ lệch áp suất giữa các chu kỳ) [39] Nguyên nhân chính của sai số ápsuất xi lanh thực sự liên quan đến nhiệt độ và có thể được giải thích dướidạng chênh lệch áp suất ngắn hơn trong chu kỳ Cảm biến áp suất không

đo được áp suất tuyệt đối và tín hiệu cảm biến cần tham chiếu đến mộtgiá trị đã biết

Hình 2 biên độ MFB được xây dựng bằng ba phương pháp đánh giá chỉ số mở rộng

khác nhau.

Vì sốc nhiệt được thúc đẩy bởi quá trình đốt cháy, nên thực hiện thamchiếu áp suất xi lanh khi độ biến thiên do thay đổi nhiệt độ tốithiểu,trường hợp có khả năng xảy ra ở cuối hành trình nạp [40]

Tuy nhiên, sự chênh lệch nhiệt gây ra vẫn tồn tại trong toàn bộ chutrình động cơ, không đảm bảo cho các phép đo thực nghiệm Payri vàcộng sự [39] ính đến giá trị của độ chính xác áp suất là ± 0,15 bar, đượcước tính là chênh lệch áp suất tối đa tại BDC của cảm ứng Các nghiêncứu được thực hiện bởi Tác giả [22] đã chỉ ra rằng giá trị của độ lệch ápsuất trong chu kỳ (được tính bằng hiệu số giữa đầu ra BDC của đầu dò ởđầu và cuối chu kỳ đơn) là ± 0,1 bar (với độ lệch chuẩn là 0,055 bar ) đạidiện cho một ước tính trung bình thực tế về khả năng không chính xác

của áp suất trong xi lanh Khi cấu hình MFB được xây dựng áp dụngphương pháp Rassweiler và Withrow để tổng hợp các bản ghi áp suấttrung bình trong xi lanh, có thể xem xét ít nhất hai nguồn lỗi: các phép đo

áp suất không chính xác, mà còn là sự thay đổi chỉ số nén đa hướng do

đó Chỉ số giãn nở và vị trí EOC cũng bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi ápsuất nhưng nếu sử dụng kỹ thuật tối ưu hóa lặp lại được mô tả ở trên thìchúng không thể được liệt kê trong số các nguyên nhân không đảm bảogây ra Sự thay đổi chỉ số nén là một hàm tuyến tính của áp suất biếnthiên ở BDC của cảm ứng, hầu như không phụ thuộc vào tốc độ động cơ

và tải Một sự thay đổi của + 10% áp suất BDC làm giảm chỉ số nénkhoảng -1,5% [22]

Các nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của độ lệch áp suất đối với biêndạng MFB, có cho thấy rằng khu vực bị ảnh hưởng chủ yếu là khoảngphát triển ngọn lửa giữa ST và 10% MFB.Đối với chênh lệch áp suất ±0,1 bar, các giá trị điển hình của biến thiên phần trăm MFB có khả năngkhoảng ± 6% ở 10% MFB đối với tải động cơ thấp (IMEP = 2,5 bar); lỗigiảm tương ứng khi tăng tải (thường ± 1,5% ở 10% MFB cho IMEP = 6bar) Sau 10% MFB, sự thay đổi MFB giảm liên tục, đạt giá trị rất nhỏ,

có thể là 1% hoặc 0,5%, ở mức 90% MFB Nghiên cứu lỗi của Brunt et

al [41] cho thấy bản chất và mức độ sai sót tương tự

4 Ảnh hưởng của các biến vận hành đến quá trình đốt cháy

Năng lượng và thời gian đốt cháy trong một động cơ nhất định phụthuộc vào một loạt các biến số vận hành và như đã nói ở phần đầu, sốlượng các biến số này có xu hướng tăng lên khi công nghệ tiến bộ Hiểuđược mối liên hệ giữa các biến số vận hành và đặc tính tốc độ đốt cháy làđiều cơ bản vì yếu tố sau chi phối sự phát triển áp suất, các yêu cầu vềthời gian đánh lửa và cuối cùng là sản lượng công việc và hiệu suất củađộng cơ.Phần hiện tại khám phá các kết quả của một số công trình nghiêncứu thử nghiệm do Tác giả thực hiện với mục đích nâng cao kiến thức vềcách các biến động cơ ảnh hưởng đến quá trình đốt cháy trong động cơhiện đại có hệ thống VVT [42] Các điều kiện được điều tra động cơ từnhẹ đến trung bình được bao phủ tải trọng và tốc độ, đại diện của điềukiện lái xe trong đô thị và đường dài

4.1 Phương pháp thực nghiệm

Động cơ thử nghiệm được sử dụng trong công việc này là động cơ 1,6lít, 4 xi- lanh, 4 van / xi-lanh, PFI, SI, được trang bị điều khiển thời gianvan nạp và xả độc lập (TI-VVT) và tia lửa trung tâm, hình học buồng đốtmái áp mái Các chi tiết kỹ thuật của động cơ được tóm tắt trong Bảng 1.Thử nghiệm động cơ được thực hiện trong điều kiện vận hành ở trạngthái ổn định, hoàn toàn được làm ấm và quá trình đốt cháy luôn được giữ

bằng phương pháp phân cực, một yêu cầu đối với hiệu suất cao của bộchuyển đổi xúc tác 3 chiều trong hầu hết các điều kiện hoạt động.Tỷ lệkhông khí trên nhiên liệu được đo bằng cách sử dụng một cảm biến oxykhí thải đa năng và được kiểm tra thực hiện cân bằng carbon và oxy trênkhí thải Nhiên liệu được sử dụng là xăng RON cấp 95 Điều kiện vậnhành bao gồm tốc độ động cơ từ 1500 đến 3500 vòng / phút, áp suất từ 2đến 7 bar, và thời điểm đánh lửa trong khoảng 35 đến 8 CA độ BTDC Sựchồng chéo van, kiểm soát phân đoạn chất pha loãng thông qua EGR bêntrong, đã được thay đổi bằng cách thay đổi EVC ở thời gian IVO khôngđổi hoặc bằng cách thay đổi IVO ở thời gian EVC không đổi Tại phầnnày, như trong phần còn lại của chương, được đưa ra dưới dạng Góc quay(không phải Cam) Thời gian EVC mặc định là +6 CA độ ATDC và thờigian IVO mặc định là +6 CA độ BTDC EVC quét bao phủ phạm vi -14đến +36 CA độ ATDC, trong khi quét IVO bao phủ phạm vi -24 đến 36

CA độ BTDC Các khoảng chồng chéo kết quả thay đổi từ -20 (giá trị âmthực sự biểu thị sự phân tách sự kiện IVO và EVC, tức là van xả đóngtrước khi van nạp mở) đến +42 độ CA.Phần chất pha loãng, được xácđịnh bằng cách lấy mẫu điện tích xi lanh trong suốt hành trình nén nhưđược giải thích trong phần 2.4, thay đổi trong khoảng từ 6 đến 26% tổngkhối lượng bị giữ lại Một hệ thống EGR bên ngoài được làm mát liênđộng cũng được trang bị tới động cơ thử nghiệm để đạt được mức độkiểm soát nhất định đối với mức độ pha loãng nạp, độc lập với cài đặtthời gian van Cùng một hệ thống cho phép chạy các thử nghiệm riêngbiệt nơi những thay đổi do nhiệt độ của khí tái chế được quan sát thấy

Bảng 1 Thông số kỹ thuật của động cơ thử nghiệm.

Một bộ chuyển đổi áp suất piezo- điện đã được lắp đặt trên mặt phẳngtrong một xi lanh để đo sự thay đổi áp suất trong xi lanh với độ phân giải

1 độ CA Tổng các giá trị trung bình của áp suất, được tính toán của 100chu kỳ liên tiếp, được sử dụng để đánh giá các đặc tính của MFB vớiphương pháp luận Rassweiler và Withrow Chi tiết ứng dụng và nhữnghạn chế liên quan đến điều này đã được thảo luận trong phần 3.1 Các giátrị của thời gian đốt cháy (đặc biệt là FDA và RBA) được trích xuất từcác giá trị này và tương quan với các biến vận hành liên quan Phần phụsau đây khám phá xem thời gian cháy thay đổi như thế nào do những thayđổi đối với khoảng trùng lặp của van Một cuộc điều tra về ảnh hưởngcủa các biến số vận hành động cơ, thay đổi riêng biệt ở cài đặt thời gianvan cố định, cũng được trình bày

4.2 Ảnh hưởng của thời gian van làm việc đến thời gian cháy

Ảnh hưởng của thời gian van làm việc đối với phần khối lượng phaloãng và thời gian cháy được trình bày ở đây Như đã thảo luận trongphần 2.3.2, thời gian van hoạt động mạnh mẽ ảnh hưởng đến việc chuẩn

bị hỗn hợp bằng cách thay đổi lượng khí thải tuần hoàn bên trong từ chutrình động cơ này đến chu trình động cơ sau Các phép đo phần khốilượng pha loãng như một hàm của sự chồng chéo của van được trình bàytrong hình 3 và 4 đối với ba tốc độ động cơ đại diện, ở mỗi trong số haitải động cơ cố định (được giữ không đổi bằng cách tác động lên vị trí vantiết lưu) và thời gian đánh lửa Tiến trình đánh lửa tia lửa được giữ khôngthay đổi ở 25 CA độ BTDC cho mức thấp trường hợp tải và ở 14 độ CA

độ BTDC cho các trường hợp tải cao Cài đặt thời gian van đã được thayđổi như mô tả trong phần 4.1; Hình 3 đề cập đến thời gian EVC cố định

và hình 4, cho thấy các phân phối tương tự, đề cập đến thời gian IVO cốđịnh Mức độ pha loãng lớn nhất ở điều kiện tải thấp, tốc độ thấp, dodòng khí xả ngược mạnh hơn khi các van nạp và van xả chồng lên nhau.Như dự đoán, phần khối lượng pha loãng là một hàm ngày càng tăng của

sự chồng chéo van và, trên các vùng có sự chồng chéo dương, nó tăng vớitốc độ ngày càng tăng khi sự chồng chéo giá trị tăng lên Đối với các giátrị nhỏ của trùng van dương hoặc âm, phần pha loãng tương đối khôngđổi Khi sự chồng chéo của van phát triển tiêu cực (tạo ra sự phân táchkhiến van rộng hơn), sự gia tăng tương đối nhỏ về độ pha loãng do EVCsớm, có tác dụng giữ lại nhiều cặn hơn hoặc đến IVO muộn, làm giảmlượng không khí sạch bị giữ lại bên trong xi lanh Kết quả đại diện chothời hạn MFB 0 đến 10% (FDA) được đưa ra trong hình 5 và 6; nhữngthứ trong khoảng thời gian 10 đến 90% MFB (RBA) được cho trong hình

7 và 8 Các góc đốt cháy được vẽ biểu đồ cho ba tốc độ động cơ và haimức IMEP và tia lửa điện Cả FDA và RBA đều tăng với sự gia tăng cácgiá trị dương của van Sự gia tăng RBA rõ ràng hơn so với FDA, và tươngứng lớn nhất ở điều kiện tải trọng thấp (2,5 bar IMEP) Các biến thể với

sự chồng lên nhau đối với thời gian hút khí vào cố định và thời gian xả cố

định, cho thấy rằng việc phân kỳ chồng chéo về TDC là không quan trọng

và ảnh hưởng đến quá trình đốt cháy chủ yếu thông qua việc kéo dàichồng chéo Đối với chồng chéo dương và chồng chéo âm, ghi các góckhông cho thấy mối tương quan rõ ràng với sự chồng chéo của van Ởnhững vùng này, dòng chảy ngược vào xi lanh bị giảm hoặc hoàn toànkhông xảy ra, cho thấy phần khối lượng pha loãng là nguyên nhân chínhgây ra sự thay đổi thời gian cháy Hình 5 đến 8 cho thấy dữ liệu đề cậpđến các điều kiện vận hành mà tại đó một số biến của thời gian cháy thực

sự được tìm thấy Đối với các điều kiện chạy vượt quá IMEP khoảng 6bar và 3000 vòng / phút, thời gian đốt cháy hầu như không phụ thuộc vàothời gian làm việc của van Phân tích từ hình 3 đến hình 8 gợi ý rằng ảnhhưởng của sự pha loãng chiếm phần lớn sự thay đổi trong tốc độ cháy với

sự chồng chéo van biến thiên Tác dụng của thời gian van được thực hiệnthông qua các sửa đổi đối với chuyển động hàng loạt và sự hỗn loạnkhông rõ ràng trong dữ liệu Các đồ thị của RBA chống lại sự pha loãng(không có ở đây, nhưng có trong [42]) mô tả các xu hướng tuyến tính vớicác độ dốc biến đổi chỉ hơi thiên về tốc độ động cơ lớn hơn và cũngkhông phụ thuộc vào giai đoạn chồng lên nhau của van Các kết luậntương tự đối với các điều kiện chạy bán tải chỉ có van nạp đã được rút rabởi Bozza và cộng sự trong [43], trong khi Sandquist et al [44] quan sátthấy rằng độ tuyến tính giữa các góc đốt cháy và độ pha loãng điện tíchchỉ được tổ chức cho các giai đoạn cố định, cho thấy rằng có thể có sựphụ thuộc vào thiết kế động cơ FDA cũng tăng tuyến tính với phần khốilượng pha loãng, mặc dù với tốc độ yếu hơn nhiều

4.3 Ảnh hưởng của các biến số hoạt động khác đến thời gian đốt cháy

Ảnh hưởng của việc pha loãng điện tích đối với tốc độ và thời gian cháycũng được tìm ra bằng các thử nghiệm riêng biệt được thực hiện ở việc điềuchỉnh thời gian van cố định, để giảm thiểu bất kỳ ảnh hưởng tiềm ẩn nào đếnquá trình cháy và thay đổi sử dụng lượng EGR bên ngoài Thời gian vanđược đặt ở cấu hình ban đầu, tức là IVO = +6 CA độ BTDC và EVC = +6

CA độ ATDC Hình 9 minh họa ảnh hưởng của việc tăng pha loãng đối vớiMFB và đặc tính tốc độ đốt cháy, đối với tốc độ động cơ cố định 1900vòng / phút và áp suất nạp cố định là 60 kPa Như

dự đoán, việc tăng độ pha loãng có xu hướng làm giảm sức mạnh của quátrình cháy, như được chỉ ra bởi tốc độ đốt cháy cực đại tính bằng kg / s vàkéo dài thời gian của nó trong khoảng CA lớn hơn cho cả giai đoạn pháttriển và đốt cháy nhanh.Kết quả cho sự thay đổi của FDA và RBA vớiphần khối lượng pha loãng cho ba tốc độ động cơ, ở mỗi động cơ trong sốhai động cơ tải tiến có trong hình 10 và 11 Cả hai khoảng thời gian đốtcháy đều tăng tuyến tính với tốc độ mà về cơ bản không phụ thuộc vào tảiđộng cơ và thời gian đánh lửa [45].

Như đã thảo luận trong phần trước, độ dốc của các mối tương quantuyến tính này, đặc biệt đối với RBA, chỉ hơi thiên về tốc độ động cơ lớnhơn, do kéo dài quá trình đốt cháy tiếp tục dọc theo hành trình giãn nởvào các vùng có nhiệt độ và áp suất thấp hơn Khi mức độ pha loãng đượcthay đổi bằng phương pháp làm mát EGR bên ngoài , thời gian đốt cháytăng với tốc độ cao hơn một chút so với trường hợp thay đổi độ pha loãng

do tăng sự chồng lên nhau của van.Điều này được giải thích khi xem xét

sự thay đổi nhiệt độ điện tích và mật độ điện tích, xảy ra cùng lúc với sựthay đổi độ pha loãng khi thời gian van được sửa đổi, có xu hướng giảmbớt ảnh hưởng của độ pha loãng đến tốc độ đốt cháy Hình 12 đến Hình

14 minh họa ảnh hưởng của tốc độ động cơ, tải và tốc độ phát tia lửa điệnđến thời gian cháy Dữ liệu thử nghiệm lại được ghi lại trong cài đặt thờigian van mặc định và mức độ pha loãng được giữ không thay đổi bằngcách sử dụng tỷ lệ thích hợp của EGR bên ngoài Trong hình 12, FDA vàRBA tăng gần như tuyến tính khi tốc độ động cơ tăng lên, với các mức độthay đổi xuất hiện độc lập với tải động cơ RBA tăng nhanh hơn FDA bởi

vì, như đã nói ở trên, tốc độ động cơ lớn hơn sẽ kéo dài giai đoạn đốtcháy nhanh hơn đến hành trình giãn nở Tốc độ động cơ, như đã nói trongphần 2.2, tỷ lệ thuận với cường độ nhiễu loạn và do đó tốc độ động cơ lớnhơn sẽ dẫn đến tốc độ đốt cháy tăng lên do sự hút khí chưa cháy vào phíatrước ngọn lửa lan truyền Tuy nhiên, tốc độ tăng sẽ kéo dài quá trình ghitrong khoảng CA rộng hơn và ảnh hưởng của cường độ nhiễu loạn lớnhơn chỉ để làm giảm sự kéo dài đó Tăng gấp đôi tốc độ động cơ từ 1500vòng / phút đến 3000 vòng / phút kéo FDA khoảng 1/3 và RBA khoảng1/2 Hình 13 cho thấy FDA và RBA giảm tuyến tính khi được vẽ dướidạng chức năng của tải động cơ, về mặt IMEP, ở mức không đổi củaphần khối lượng pha loãng Cả hai góc đốt cháy cũng giảm một cáchtuyến tính khi tăng áp suất đường ống nạp RBA giảm ở tốc độ trung bình

là 2,7 độ CA trên mỗi 10 kPa tăng áp suất đường ống nạp FDA giảm vớitốc độ xấp xỉ một nửa tỷ lệ được tính cho RBA Các kết quả liên quanđến sự thay đổi của các góc đốt với mức độ tăng ST, ở độ pha loãng cốđịnh, được minh họa trong hình 14 Khi thời điểm đánh lửa được nângcao theo hướng cài đặt MBT, quá trình đốt cháy bắt đầu sớm hơn tronghành trình nén, tức là ở nhiệt độ thấp hơn Dưới ảnh hưởng của những

điều kiện kém thuận lợi hơn cho sự phát triển của ngọn lửa, FDA tăngnhẹ Đồng thời RBA, bao gồm phần lớn thời gian đốt cháy, có xu hướnggiảm khi giai đoạn đốt cháy tổng thể được cải thiện Các xu hướng tronghình 14 mở rộng đến ST cao hơn giá trị MBT, nhưng mức độ vượt quágiới hạn ở 3–4 độ CA

Hình 3 Phần khối lượng pha loãng điện tích đo được , ở cài đặt EVC không đổi; ô

trên cùng: tải động cơ nhẹ; ô đáy: tải động cơ trung bình / cao.

Hình 4 Phần khối lượng pha loãng điện tích đo được , ở cài đặt EVC không đổi; ô

trên cùng: tải động cơ nhẹ; ô đáy: tải động cơ trung bình / cao.

Hình 5 FDA như một chức năng của sự chồng chéo van, tại thời điểm EVC không

đổi; ô trên cùng: tải động cơ nhẹ; ô đáy: tải động cơ trung bình / cao.

Hình 6 FDA như một chức năng của sự chồng chéo van, tại thời điểm EVC không

đổi; ô trên cùng: tải động cơ nhẹ; ô đáy: tải động cơ trung bình / cao.

Hình 7 RBA như một chức năng của sự chồng chéo van, tại thời điểm EVC không

đổi; ô trên cùng: tải động cơ nhẹ; ô đáy: tải động cơ trung bình / cao

Hình 8 RBA như một chức năng của sự chồng chéo van, tại thời điểm EVC không

đổi; ô trên cùng: tải động cơ nhẹ; ô đáy: tải động cơ trung bình / cao.

Hình 9 Đặc điểm phần đốt cháy khi tăng độ pha loãng (bằng EGR bên ngoài), đối

với các điều kiện hoạt động cố định (N = 1900 vòng quay / phút; Pin = 60 kPa, áp suất đường ống nạp; ST = 22 CA ° BTDC) và cài đặt thời gian van cố định

Hình 10 Ảnh hưởng của việc pha loãng phí (bằng EGR bên ngoài) đến góc đốt cháy,

ở tải động cơ thấp và thời gian van cố định

Hình 11 Ảnh hưởng của việc pha loãng phí (bằng EGR bên ngoài) đến góc đốt cháy,

ở tải động cơ thấp và thời gian van cố định

Hình 12 Ảnh hưởng của tốc độ động cơ đến góc đốt cháy, ở mức độ pha loãng

không đổi và thời gian van cố định

Hình 13 Ảnh hưởng của tải động cơ đến góc đốt cháy, ở mức độ pha loãng không

đổi và thời gian van cố định

Hình 14 Ảnh hưởng của thời gian phóng tia lửa điện đến góc đốt cháy, ở mức độ

pha loãng không đổi và thời gian van cố định.

5 Mô hình đơn giản hóa quá trình đốt cháy

Mô tả phân tích quá trình đốt cháy điện tích trong động cơ SI, nắmbắt chi tiết về những ảnh hưởng có liên quan nhất đến điều này, là điềucần thiết cho cả chẩn đoán hiệu suất và các yêu cầu kiểm soát Các môhình đốt thực nghiệm cho phép khả năng trên thường được gọi là mô hình

không chiều , vì chúng không kết hợp bất kỳ tham chiếu rõ ràng nào đến

hình học buồng đốt và sự lan truyền phía trước ngọn lửa Các cách tiếp

cận như vậy thường xuất ra tỷ lệ ghi hoặc cấu hình MFB trong miền CA

và yêu cầu một số giai đoạn hiệu chuẩn bằng cách điều chỉnh dữ liệu

động cơ thực với các chức năng phân tích thích hợp Một trong những

phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất trong nghiên cứu động cơ là

thực hiện xem xét đường cong phù hợp với các đường cong MFB thực

nghiệm để mô tả quá trình đốt cháy thông qua Hàm Wiebe,

trong đó ϑ là vị trí CA chung, ϑST là vị trí CA của quá trình bắt đầu quá

trình đốt cháy, ΔP −ΔPV), được nhân vớiϑ là tổng góc đốt cháy, a và n là các thông số có thể điều

chỉnh được gọi là hiệu suất và hệ số dạng Do tính đơn giản và thuận tiện

của việc triển khai, hàm Wiebe thuận tiện để trích xuất tín hiệu từ những

phần tử của cảm biến tiếng ồn và phù hợp để đưa vào các thuật toán điều

khiển dựa trên mô hình Phần 5.1 tìm hiểu nguồn gốc, kinh nghiệm sử

dụng và các hạn chế của mô hình dựa trên chức năng Wiebe của cấu hình

MFB, được Tác giả trình bày ban đầu trong [46], và được phát triển bằng

cách sử dụng dữ liệu thử nghiệm từ cùng một động cơ xăng thiết kế hiện

đại được mô tả trong phần 4.Một loại mô hình đốt cháy khác được gọi là

mô hình hiện tượng học hoặc mô hình bán chiều

Điều này đòi hỏi sự chia nhỏ không gian đốt thành các vùng có nhiệt

độ và thành phần hóa học khác nhau (hai vùng, cháy và không cháy) và

thường được sử dụng để đánh giá cả quá trình đốt cháy nhiên liệu và sự

hình thành chất thải gây ô nhiễm liên quan Các mô hình hiện tượng học

dựa trên các nguyên tắc lý thuyết cơ bản hơn, do đó chúng có thể vận

dụng được với các động cơ có kích thước và hình dạng khác nhau Tuy

nhiên, các mô hình này cũng yêu cầu một số hình thức hiệu chuẩn bằng

cách sử dụng các phép đo thực Công trình xuất bản gần đây của Hall et

al [47] và của Prucka et al [5] đưa ra các ví dụ về các mô hình lan truyền

và sinh ra ngọn lửa hiện tượng học tương đối đơn giản, phù hợp để đưa

vào các thuật toán điều khiển ST thực thi nhanh, để đảm bảo phân chia

tối ưu vị trí 50% MFB (tức là 7 hoặc 8 CA độ ATDC) và cải thiện hiệu

suất động cơ và tiết kiệm nhiên liệu

Trong các mô hình này, tốc độ cháy tức thời được tính toán cơ bản,

thông qua một số ửa đổi của phương trình cơ bản của khối lượng dm b /d τ =

p u A S b Phần 5.2 minh họa một trong các mô hình này, cùng với

các kết quả làm nổi bật ảnh hưởng của các biến số vận hành động cơ liênquan đến quá trình đốt cháy đối với động cơ sử dụng nhiên liệu mới

5.1 Mô hình đốt cháy bằng cách sử dụng hàm Wiebe

Một trong những tài liệu toàn diện nhất về cơ sở lý luận và các ứngdụng của hàm Wiebe như một mô hình tốc độ đốt cháy là do J I Ghojel,trong lời tri ân gần đây của ông đối với di sản lâu dài của hàm Wiebe vàngười đứng sau nó, Ivan Ivanovitch Wiebe [48] Mục đích của công việcban đầu của Wiebe là phát triển một biểu thức tốc độ phản ứng bỏ quađộng học hóa học phức tạp của tất cả các phản ứng diễn ra trong quá trìnhđốt cháy động cơ Kết quả, thường dựa trên quy luật phân phối chuẩn đạidiện cho tốc độ đốt cháy động cơ, là một hàm rất linh hoạt, được sử dụngnhiều trong vài thập kỷ qua để mô hình hóa tất cả các dạng và chế độ đốtcháy, bao gồm nén và đánh lửa bằng tia lửa, trực tiếp và gián tiếp phun vàđốt cháy nén điện tích đồng nhất, với nhiều loại nhiên liệu lỏng và khí

5.1.1 Phương pháp luận

Mục đích là mô hình hóa cấu hình MFB hình chữ S từ khi bắt đầuđốt cháy (được giả định là trùng với thời điểm đánh lửa) đến khi kết thúc(100% MFB), sử dụng các tham số của hàm Wiebe Tổng góc đốt đượclấy là khoảng thời gian đốt cháy 0 đến 90%, ΔP −ΔPV), được nhân vớiϑ90, được ưu tiên hơnkhoảng 0-99,9% được sử dụng trong công việc khác (ví dụ [50]) vì điểm90% MFB có thể được xác định bằng thực nghiệm với độ chắc chắn caohơn Đặc biệt đối với cháy quá ít , cháy chậm, giai đoạn kết thúc khôngthể được mô tả chính xác từ hồ sơ áp suất thực nghiệm, vì lượng nhiệttương đối nhỏ thoát ra từ quá trình đốt cháy nhiên liệu có thể so sánh vớitổn thất nhiệt đồng thời tồn tại, ví dụ đến thành xi lanh [51] Vì những lý

do này, việc sử dụng ΔP −ΔPV), được nhân vớiϑ90 thay vì ΔP −ΔPV), được nhân vớiϑ99,9 làm góc đốt cháy tổng thể sẽtăng độ chính xác cho mô hình đốt cháy tổng thể Có thể chứng minhrằng, với sự lựa chọn tổng góc đốt như trên, hệ số hiệu suất a nhận giá trịduy nhất là 2,3026 ΔP −ΔPV), được nhân vớiϑ90 và n vẫn là các tham số độc lập và đường congphù hợp với đường cong MFB thực nghiệm cho phép tương quan chúngvới các biến động cơ có thể đo lường hoặc suy luận

Dữ liệu thực nghiệm được sử dụng để hiệu chuẩn mô hình đã đượcthu thập bằng cách sử dụng công cụ nghiên cứu được mô tả trong phần4.1 Tất cả các thử nghiệm đều được thực hiện trong điều kiện vận hành ởtrạng thái ổn định, hoàn toàn ở các điều kiện bao gồm các phạm vi về tốc

độ động cơ, tải trọng, mức phóng tia lửa điện và pha loãng điển hình củađiều kiện lái xe trong đô thị và hành trình.Dữ liệu được ghi lại bằng cách

sử dụng hỗn hợp luôn đo phân vị Phần khối lượng pha loãng, được xácđịnh từ các phép đo nồng độ mol của carbon dioxide như được chỉ ra

trong phần 2.4, được thay đổi thông qua hệ thống EGR bên ngoài đượclàm mát liên tục hoặc điều chỉnh mức độ chồng lên nhau của các vanthông qua bộ điều khiển giàn động cơ được số hóaThời gian van nạp vàvan xả được thay đổi độc lập để đặt các khoảng chồng chéo từ -20 đến+42 độ CA Phạm vi của các biến động cơ được đề cập trong phần nàycông việc giống như những gì đã báo cáo trong phần 4.1 Cơ sở dữ liệuthử nghiệm bao gồm hơn 300 thử nghiệm Dữ liệu thu thập thay đổi càiđặt thời gian van được lưu giữ riêng biệt và được sử dụng cho mục đíchxác nhận mô hình.Các cấu hình MFB tại mỗi điểm thử nghiệm được xâydựng bằng cách áp dụng phương pháp Rassweiler và Withrow để tổnghợp áp suất trung bình FDA, thời lượng MFB 50% (ΔP −ΔPV), được nhân vớiϑ50) và RBA đượctính toán từ các đường cong này, sử dụng phép nội suy tuyến tính giữahai góc quay liên tiếp trên 10%, 50% và 90% MFB để cải thiện độ chínhxác của các phép tính.

Quá trình đốt cháy trong động cơ pha xăng chịu ảnh hưởng của nhiềuloại động cơ cũng như các biến số vận hành.Một số biến số này, chẳnghạn như cài đặt thời gian của van, có thể liên tục thay đổi để đạt đượchiệu suất nhiệt tối ưu (ví dụ như bằng cách cải thiện việc làm đầy xi lanh

và giảm tổn thất bơm) hoặc để đáp ứng các quy định nghiêm ngặt hơn vềkhí thải (ví dụ bằng cách tăng lượng khí đốt cháy để kiểm soát sự phátthải các oxit nitơ) Có một số đồng thuận trong tài liệu về động cơ đốttrong SI gần đây dựa trên các biến số cần thiết và đủ để mô hình hóa quátrình đốt cháy điện tích của các động cơ SI thiết kế hiện tại [23, 45, 50,

52, 53, 54, 55, 56] Đối với quá trình đốt cháy theo phương pháp phântích, theo mức giảm dần, đó là sự pha loãng điện tích theo khí đốt, tốc độđộng cơ, thời điểm đánh lửa và mật độ điện tích Trong công việc hiệntại, phần khối lượng của độ pha loãng đã được quan tâm đặc biệt vì sựthay đổi độ pha loãng lớn được tạo ra bởi cả cài đặt thời gian van và EGRbên ngoài là một phần của chiến lược kiểm soát khí thải và đốt cháy hiệntại

được biểu thị bằng tích số của 4 yếu tố, mà ảnh hưởng của chúng được

giả định là độc lập và có thể tách biệt:

∆ ϑ90=kR ( p ST )S ( N ) X ( x b ) T (ϑ ST ) (21)

Các hàm S (N), X ( x b )và T (ϑ ST) dựa trên biểu thức trước đó, đượcxem xét, cùng với các sửa đổi của chúng, trong Bảng 2.Với các hệ số số

phù hợp nhất từ tài liệu tham khảo [46], hằng số chiều k được xác định là

178 khi mật độ ρST tính bằng kg / m3, tốc độ pít tông trung bình SP tínhST tính bằng kg / m3, tốc độ pít tông trung bình SP tính

bằng m / s, phần khối lượng pha loãng và thời gian đánh lửa ϑST tính

bằng CA độ BTDC Đối với thuật ngữ đánh lửa, T (ϑST), bậc hai đa thức

đã được ưu tiên hơn so với hàm hyperbolic (a + b / ϑST) do Csallner [52]

và Witt [53] đề xuất vì nó được coi là tốt hơn, cho thấy một bước ngoặt

cho các cài đặt thời gian đánh lửa rất nâng cao Việc thúc đẩy quá trình

đánh lửa bằng tia lửa điện thường rút ngắn tổng thời gian đốt cháy vì quá

trình đốt cháy diễn ra theo từng giai đoạn gần ĐCT hơn; nó được mong

đợi hơn mặc dù áp suất và nhiệt độ ban đầu thấp sẽ làm ảnh hưởng đến

quá trình này tạo ra quá trình cháy chậm hơn (và tăng thời gian cháy) đối

với các thiết lập đánh lửa bằng tia lửa quá cao (vượt quá 35 CA độ

BTDC) Ảnh hưởng đến tốc độ động cơ (hoặc tốc độ pít-tông trung bình)

đến thời gian đốt cháy được tính bằng số hạng hypebol S (N) Cường độ

cháy trong vùng lân cận của bugi đã được chứng minh là tỷ lệ thuận với

tốc độ động cơ (xem phần 2.2 ở trên); do đó tăng tốc độ động cơ sẽ nâng

cao tốc độ đốt cháy thông qua sự hỗn loạn của buồng đốt Trên thực tế,

trong một động cơ hiện đại, có một số yếu tố, bao gồm cả thời gian van

nạp và van xả, có thể ảnh hưởng đến cường độ nhiễu động Các nghiên

cứu trong nhiều thập kỷ chỉ ra rằng động cơ chính cho nhiểu loạn trong xi

lanh là tốc độ động cơ và các yếu tố khác thực sự chỉ có ảnh hưởng nhỏ

[12, 20, 21, 46, 47, 57] Tuy nhiên, việc tăng tốc độ động cơ cũng kéo dài

quá trìnhtrên CA rộng hơn khoảng thời gian và ảnh hưởng của nhiễu loạn

lớn hơn chỉ để điều chỉnh sự kéo dài như vậy

Bảng 2 Biểu thức hàm được sử dụng trong [46] để giải thích ảnh hưởng của các

biến vận hành lên tổng góc đốt cháy, cùng với các biểu thức tương tự đã được công bố.

Ảnh hưởng của sự pha loãng điện tích bởi khí đốt lên thời gian cháyđược tính thông qua một định luật công suất của hàm (1−ε thông thường2.06xb 0.77),ban đầu được xác định bởi Rhodes và Keck [58] và Metghalchi và Keck[59] điều bất lợi ảnh hưởng của khí đốt đến vận tốc đốt cháy Tương quancông suất được đưa ra bởi X (xb) được truy xuất khi thay đổi phần pha loãngtrong phạm vi 6 đến 26% thông qua EGR bên ngoài (với cài đặt thời gian van

cố định, mặc định), để giảm thiểu ảnh hưởng đáng lo ngại của thời gian van lêncác yếu tố khác như xi lanh đổ đầy.Hình 15 minh họa cách hàm mật độ, R(ρST tính bằng kg / m3, tốc độ pít tông trung bình SP tínhST), với chỉ số công suất được đặt thành 0,34, phù hợp với dữ liệu được ghilại trên một loạt các tải động cơ từ 2 đến 7 bar IMEP, ở mỗi tốc độ động cơtrong số ba tốc độ Trong những

lần quét tải này, thời gian tia lửa và mức độ pha loãng, thường sẽ thay đổitheo tải do thay đổi khí thải thành chênh lệch áp suất nạp, được đặt khôngđổi.

Hình 15 Tổng góc đốt cháy như một hàm của mật độ điện tích tại thời điểm đánh lửa

không đổi và khối lượng pha loãng không đổi phân số đối với ba tốc độ động cơ Phỏng theo tài liệu tham khảo [46].

Hàm tỷ đã được giới thiệu trong [46] để giải thích ảnh hưởng quansát thêm của tải động cơ đến thời gian cháy, Biểu thức tỷ trọng tương tự

đã được áp dụng gần đây bởi Galindo et al [56] trong một công trìnhdành cho việc mô hình hóa đường cong đốt cháy điện tích trong động cơxăng nhỏ, tốc độ cao, hai kỳ, bằng cách sử dụng phương pháp dựa trênhàm Wiebe

Mối tương quan được phát triển cho tổng thời lượng ghi từ 0 đến

90% MFB được viết là:

∆ ϑ90 =178( p1

ST )0,34 (1 − 1,164√Sp )(1 −2,061 x0,77b )0,85 (0,00033 ϑ2

ST − 0,263 ϑ ST + 1 )(22)

Độ chính xác của nó đã được kiểm tra trên toàn bộ cơ sở dữ liệu 300thử nghiệm , có sự kết hợp của các biến động cơ được giới hạn bởi cácphạm vi được thảo luận trong phần 4.1 Một phần của cơ sở dữ liệu này,bao gồm cả dữ liệu VVT Giá trị ΔP −ΔPV), được nhân vớiϑ90 được tạo ra bằng phương trình

(22) cho thấy sai số dự đoán tối đa là 11%, trong khi 3/4 dữ liệu nằm trongsai số ± 5% Các giá trị của hệ số dạng n được sử dụng để xây dựng