بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله برای بررسی و مطالعه تأثیر زاویه شروع پاشش سوخت بر روی پارامترهای عملکردی موتور از جمله فشار مؤثر متوسط یک سری نتایج تجربی از موتور تک سیلندر پژوهشی اشتعال جرقهای در سرعت 1800 rpm موتور براس سوخت بنزین استخراج شد. یکی از پارامترهای مؤثر بر عملکرد موتورهای انژکتوری و میزان آلایندههای خروجی از آنها، تعیین مکانیسم زمانی پاشش و زمان مناسب برای پاشش در هر کدام از مکانیسمها میباشد. زمان پاشش سوخت بطور مستقیم بر چگونگی تبخیر سوخت، اختلاط هوا و سوخت، میزان تشکیل فیلم مایع در پورت و میزان سوخت وارد شده به سیلندر تأثیر گذاشته است. موتور مورد استفاده در این پژوهش مدل 29C ساخت شرکت فریمن دیزل است که توسط شرکت گونت آلمان ارتقا داده شده و روی سکوی CT300 سوار شده است. برای ثبت دادههای خام از نرم افزار AD LOGEER استفاده شد و توسط کد نوشته شده به زبان فورترن دادههای مورد نیاز بدست آمد. در نهایت با توجه به فشار مؤثر متوسط بدست آمده در زوایای مختلف شروع پاشش سوخت نمودارهای مربوطه رسم شد.
کلیدواژهها: زمانبندی پاشش سوخت، بنزین، موتور اشتعال جرقهای.
مقدمه
در جهان امروز نقش فنآوری در توسعه اقتصادی و اجتماعی غیر قابل انکار میباشد. اطلاعات موجود مبین آن است که توسعه فناوری در زمینههای مختلف از جمله صنعت خودرو رابطه مستقیمی با توسعه انرژی و مسائل زیست محیطی در جامعه دارد. این واقعیت را نمیتوان نادیده پنداشت که فقدان توجه به مسائل اقتصاد انرژی و مشکلات محیط زیست که ناشی از عملکرد ناصحیح سیستم قوای محرکه خودروها میباشد، مخاطرات قابل ملاحظهای را برای زندگی بشر از دیدگاه اقتصادی و زیستمحیطی فراهم مینماید.
استفاده از موتور احتراق داخلی برای تولید انرژی در زمینههای مختلف سبب پیشرفت روزافزون این موتورها شده و شبیهسازیهای عددی در این زمینه گسترش یافته است. اما استخراج نتایج تجربی برای تایید کد شبیهساز نیاز به تجهیزات دقیق آزمایشگاهی و موتور پژوهشی دارد که برای این کار طراحی شده باشد. موتورهای احتراق داخلی به عنوان یکی از صنایع پرکاربرد اهمیت ویژه و مهمی در پیشرفت تکنولوژی و جوامع بشری دارند. با توجه به این که صنایع خودرو روز به روز پیشرفت چشمگیری دارد، حذف این تکنولوزی در جوامع بشری دور از انتظار است، قوانین سخت گیرانهای برای کنترل آلودهگیهایی که این صنایع ایجاد میکنند اتخاذ میشود. از این رو شناخت فرایندهای داخلی موتورهای احتراق داخلی و تجزیه و تحلیل این فرایندها با استفاده از کدهای شبیه ساز و نتایج تجربی امری لازم و ضروری به نظر میرسد. سیستم سوخترسانی و کنترل اختلاط سوخت و هوا از چالشهای اساسی محققان موتورهای اشتعال جرقهای بوده است. مدیریت در کیفیت مخلوط و اقتصاد سوخت سبب تعویض سیستم سوخترسانی راهگاهی از کاربراتوری به انژکتوری شده است . [1] ارکوس1 و همکاران [2] با توسعه یک سیستم کنترل پاشش سوخت و نصب آن بر روی یک موتور چهار سیلندر کاربراتوری عملکرد حالت کاربراتوری را با حالت انژکتوری مقایسه کردند.
از اولین تحقیقاتی که بر روی اثر زمان شروع پاشش بر عملکرد بر عملکرد موتور انجام گرفت میتوان به کار نوتی[3]2 در سال 1990 اشاره کرد. وی با استفاده از یک موتور 2 زمانه اشتعال جرقهای و توسعه یک سیستم کنترل الکترونیکی اقدام به پاشش مستقیم سوخت پرفشار به داخل سیلندر در زاویههای میللنگ مختلف کرد و نشان داد که زاویه شروع پاشش بهینه برای سرعتهای مختلف موتور متفاوت است و درصورت پاشش سوخت در شرایط بهینه، مصرف سوخت و آلایندههای خروجی کاهش مییابد. هدف محقق ارائه راهحلی برای توسعه موتورهای دو زمانه پیشرفتهتر در کنار مزایای بنیادین این موتورها - ارزان، سبک و سادگی - بوده است. در این مقاله محقق به نقش میکروپروسسورها، سادگی و کارآمدی این تجهیزات در کنترل موتورها در آینده اشاره کرده است.
هان3 و همکارانش [4] با شبیهسازی به کمک کد هیوا به مطالعه اثر زاویه شروع پاشش بر اختلاط هوا- سوخت در یک موتور اشتعال جرقهای پاشش مستقیم پرداختند. آنها زاویه شروع پاشش سوخت را از 90 درجه تا 190 درجه میللنگ بعد از نقطه مرگ بالای مکش - ITDC - با گام 30 درجه تغییر دادند و نشان دادند که هرچند زوایای مختلف پاشش در پارامترهای آشفتگی، چرخشی، جابجایی، انتقال حرارت و تبخیر تاثیر گذارند، اما تقریبا تفاوتی در کیفیت مخلوط در نزدیکی TDC برای شرایط پاشش بعد از 90 درجه وجود ندارند.
در سیستمهای انژکتوری موقعیت آغاز پاشش، طول و فشار پاشش نقش مهمی روی عملکرد موتور دارد. لی 4 و همکاران [5] با مطالعه همزمان موقعیت پاشش سوخت و آوانس جرقه به این نتیجه رسیدندکه بهترین شرایط برای دستیابی به بازده گرمایی بالاتر و آلایندههای خروجی کمتر در موقعیت پاشش و آوانس بهینه جرقه رخ میدهد عبدی اقدم و باشی [6] با استفاده از یک موتور تک سیلندر اشتعال
جرقهای پاشش راهگاهی اقدام به مطالعه اثر زمان پاشش سوخت بر تغییرات سیکلی کردند. آنها در مطالعه خود با ثابت گرفتن طول پاشش، آوانس جرقه و سرعت موتورشرایط تستهای مختلف را یکسان قرار دادند و تنها اقدام به تغییر زاویه شروع پاشش کردند. آنها زاویه شروع پاشش را از 180 درجه قبل از ITDC تا 180 درجه بعد از ITDC با گام 30 درجه تغییر دادند و نتیجه گرفتند که تغییرات سیکلی در زوایای شروع پاشش قبل از ITDC کمتر از تغییرات سیکلی در زوایای شروع پاشش بعد از ITDC است. همچنین مصرف سوخت ویژه اندیکه با کاهش تغییرات سیکلی افزایش مییابد و در نتیجه در زوایای پاشش بعد از ITDC، isfc کمتر از زوایای شروع شروع پاشش قبل از ITDC است.
تجهیزات استفاده شده
موتور استفاده شده در این آزمایش یک موتور تک سیلندر و دینامومتر متصل به آن ساخت شرکت گونت1 با شماره کد CT300 که به کمک یک سیستم کنترل پاشش و جرقه ارتقا یافته است، استفاده شده است. سکوی آزمایشی که این موتور روی آن سوار شده مدل CT300 میباشد که توسط شرکت مذإکور طراحی و ساخته شدهاست. این موتور صرفاً اشتعال جرقهای میباشد .[7] از ویژگیهای بارز این موتور متغیر بودن نسبت تراکم آن میباشد. تنظیم نسبت تراکم این موتور باید قبل از عملیات دادهبرداری صورت گیرد. این موتور به کمک ماشین آسنکرون که سرعت آن قابل تنظیم است، بارگذاری میشود بطوری که قدرت خروجی از موتور در حالت ژنراتور را میتوان با یک واحد بازیاب به شبکه برق شهری بازگرداند. موتور و ماشین اسنکرون به وسیله یک کوپلینگ که از نوع پنجهای والاستیک میباشد به یکدیگر متصل شدهاند. ماشین اسنکرون روی دو گهواره سوار شده به طوری که یک طرف آن به موتور و طرف دیگر آن به گیج کرنش متصل شده تا بتوان گشتاور خروجی را محاسبه کرد. شکلهای - 1 - و - 2 - شماتیک تجهیزات به کار رفته و نمایی از موتور پژوهشی را نشان میدهد.
در محل مانیفولد خروجی آنالیزور قرار گرفته است. آنالیزور استفاده شده از نوع ساکسون مدل Infralyt CL میباشد. این آنالیزو نمونه گاز را به وسیله سیستم مکنده خود از مانیفولد خروجی دریافت کرده و گونههای گاز خروجی را آنالیز میکند. گونههایی قابل سنجش توسط آنالیزور عبارتند از CO ، CO2 و O2 برحسب درصد حجمی و HC - هیدروکربن نسوخته - بر حسب .P.P.M این آنالیزور مقدار λ را نیز نشان میدهد و بوسیله آن میتوان نسبت همارزی مورد نظر را با استفاده از سیستم مدیریت موتور تنظیم و به موتور اعمال کرد.
شکل - 1 - شماتیک تجهیزات بهکار رفته و چیدمان نسبی آنها
شکل:2 نمایی از موتور پژوهشی
جدول:1 مشخصات موتور استفاده شده در آزمایش
