بخشی از مقاله
خلاصه
پدیدهی نشتی مخلوط سوخت و هوا از شکافهای موتور که به دلیل اختلاف فشار داخل سیلندر و شکافهای متصل به آن اتفاق میافتد، روی عملکرد موتور تاثیرگذار است. پدیدهی نشتی موجب ایجاد تغییراتی در فشار داخل سیلندر، راندمان موتور، حداکثر توان خروجی موتور، حداکثر دمای محتویات داخل سیلندر و میزان آلایندگی میشود.
در کار حاضر، از استخراج نتایج تجربی موتورگردانی با سوخت به کمک تکنیک پرش جرقه از موتور پژوهشی CT300 و استفاده از نظریه حجم - روزنه، جریان از میان شکافها در حالت موتورگردانی تک سیلندر چهار زمانه برآورد و مورد بررسی قرار گرفته است. ابعاد شکافهای متصل به محفظه احتراق شامل شکافهای بین سیلندر و پیستون و فضای بین رینگها در دمای محیط اندازهگیری شده و به دمای کاری موتور تصحیح شده است. دمای مخلوط سوخت و هوا در مانیفلد ورودی اندازهگیری شده است.
فشار داخل سیلندر در طول چرخه توسط حسگر فشار پیزوالکتریک برای اندازهگیری فشار دینامیک و یک حسگر فشار پیزورزستیو برای اندازهگیری فشار مطلق مانیفلد ورودی به منظور ارجاع ثبت شده است. فشار اندازهگیری شده و فشار برآورد شده توسط الگوی شبیهساز ترمودینامیکی برای سه حالت نسبت همارزی 0.8، 0.9 و 1.0 انطباق خوبی به خصوص در محدودهی احتراق نشان میدهد. حداکثر انحراف در محدودهی بسته شدن سوپاپ ورودی تا 80 درجه بعد از نقطهی مرگ بالا که تقریبا 95 درصد احتراق به پایان میرسد، کمتر از %4 و حداکثر انحراف تا زمان باز شدن سوپاپ خروجی حدود %10 است. سپس جرم داخل سیلندر و جرم نشتیافته به شکافها برای نسبت همارزی 0.8 برآورد شده است که نشان دهندهی حراکثر %7 جرم از سیلندر است و با کاهش فشار %6.5 آن به سیلندر بازمیگردد.
.1 مقدمه
پدیدهی نشتی مخلوط سوخت و هوا از شکافهای موتور که به دلیل اختلاف فشار داخل سیلندر و شکافهای متصل به آن اتفاق میافتد، روی عملکرد موتور تاثیرگذار است. پدیدهی نشتی موجب ایجاد تغییراتی در فشار داخل سیلندر، راندمان موتور، حداکثر توان خروجی موتور، حداکثر دمای محتویات داخل سیلندر و میزان آلایندگی میشود جریان از شکافها از مواردی است که در طول کل چرخهی موتورهای احتراق داخلی رفت و برگشتی رخ میدهد. پژوهشگران برای روشن کردن این پدیده در موتورهای احتراقی پژوهشهای زیادی از دیدگاههای مختلف از جمله آلایندگی، مدل ریزی سیکل وطراحی رینگها انجام گرفته است.
تینگ و مایر [1] از مدل حجم-روزنه برای برآورد فشار پشت رینگها در مطالعهی سایش سیلندر استفاده کردند. نمازیان و هیوود[2] از این تئوری در تخمین آلایندههای هیدروکربنی برخاسته از موتورها استفاده کردند.
عبدیاقدم و همکارانش [3] به بررسی زیرمدل نشتی و جریان از میان شکافها در حالت موتورگردانی با استفاده از تئوری حجم-روزنه در یک موتور تحقیقاتی دو زمانه پرداختند که نتایج حاصله انطباق بسیار خوبی را بین فشار دادههای تجربی و مدل ترمودینامیکی در سه نسبت تراکم مورد آزمایش 7/6، 10/2و 12/4 نشان داد.
همچنین در این بررسی آنها نشان دادند که حداکثر افت جرم سیلندر در موقعیت حدود 4° aTDC اتفاق میافتد و با افزایش نسبت تراکم این افت بیشتر می-شود. ایریمسو و همکارانش [4] نرخ نشتی و نسبت تراکم را در یک موتور اشتعال جرقهای با قابلیت مشاهده داخل سیلندر بر اساس اثر فشار به دست آوردند . آنها در راستای ارزیابیهای مبتنی بر نسبت سوخت به هوا با استفاده از یک سنسور اکسیژن در خروجی دریافتند که جرم نشتی وابسته به نسبت تراکم و سرعت موتور بین 9 و 18 درصد است.
کارگیت و همکارانش [5] با انجام آزمونهای عملی روی سه موتور دیزل سنگین و با استفاده از تکنیک شبیهسازی و دستهبندی پارامترهای موثر بر نشتی فرمولی را برای محاسبهی مقدار نشتی ارائه دادند. مقدار نشتی به دست آمده توسط این فرمول تطابق قابل قبولی با دادههای تجربی داشت.
نظری جوینی [6] به بررسی زیرمدل نشتی و جریان از میان شکافها در حالت موتورگردانی با استفاده از تئوری حجم- روزنه در یک موتور تحقیقاتی نسبت تراکم متغیر چهار زمانه پرداخت که نتایج حاصله انطباق خوبی بین فشار دادههای تجربی و نتایج مدل ترمودینامیکی با زیر مدل نشتی در چهار نسبت تراکم مورد آزمایش 8/7 ، 9/8 ، 11/3 و 12/9 نشان داد و تاثیر نسبت تراکم و سرعت موتور روی مقدار نشتی را مشخص نمود. در کار حاضر، فشارهای تجربی ثبت شده و نتایج حاصله از یک شبیهساز ترمودینامیکی در سه نسبت همارزی مقایسه شدهاند. سپس جرم نشت یافته از سیلندر توسط این برنامه برآورد شده است.
.2 تجهیزات استفاده شده برای استخراج نتایج تجربی
نتایج تجربی با استفاده از موتور پژوهشی CT300 استخراج شده است. قطر سیلندر و طول کورس به ترتیب برابر 90 میلیمتر و 74 میلیمتر با زمانبندی بسته شدن سوپاپ ورودی 130 œCAbTDC - قبل از نقطهی مرگ بالا - و باز شدن سوپاپ خروجی 120 œCAaTDC - بعد از نقطهی مرگ بالا - است. فشار دینامیک داخل سیلندر توسط یک ترانسدیوسر فشار دینامیک کیسلر مدل C6052 اندازهگیری شده است. سیگنا های ارسالی از این ترانسدیوسر توسط یک آمپلی فایر از نوع کیسلر و مدل5011 ، تقویت و سپس به سامانهی اخذ دادهها منتقل میشود. در ضمن فشار مطلق در ورودی توسط ترانسدیوسر فشار مطلق کیسلر مدل BA5F 4005 که در گسترهی 5-0bar و خروجی 10-0 v می باشد، اندازه گیری شده است.
نقطهی مرگ بالا وموقعیت زاویهی میل لنگ برای استخراج نمودار فشار داخل سیلندر بر حسب زاویه میللنگ، توسط شفت انکودر مدل kistler 2613B از نوع شفت انکودر افزایشی با گام یک درجه اندازهگیری شده است
.3 مدل شبیهساز ترمودینامیکی
مدل شبیهساز ترمودینامیکی با به کارگیری قوانین ترمودینامیک و تئوری حجم - روزنه به برآورد فشار و دمای داخل سیلندر، فشار شکافها و جرم نشت یافته از شکافها میپردازد. این مدل از روابط پیشنهادی توسط وشنی یااناند انتخاب، به محاسبهی انتقال حرارت میپردازد. همچنین در این شبیهساز با توجه به دمای پیشنهادی برای دیوارهی سیلندر و پیستون یک مقدار ثابت برای آنها در محاسبات جرم شکافها در نظر گرفته شده است. شکل - 1 - خلاصهی فلوچارت این کد را نشان میدهد.
شکل : - 1 - خلاصهی فلوچارت کد شبیهساز ترمودینامیکی
.4 تئوری حجم- روزنه
در شکل - 2 - آرایش سه رینگ استفاده شده در موتور و در شکل - 3 - الگوی حجم- روزنهی ساده شدهی مربوطه که در مدل از آن استفاده شده است، نشان داده شده است.
