Optimization of heat release rate equation for spark ignition engine

• Autorzy: Mendera K. Z. , Smereka M.

Warianty tytułu

PL

Optymalizacja równania szybkości wydzielania ciepła w tłokowym silniku spalinowym o zapłonie iskrowym

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Ciśnienie w cylindrze jest efektem procesu spalania, zmian objętości komory spalania (ruch tłoka), zmian chemicznej kompozycji czynnika (właściwości termodynamiczne), wymiany ciepła oraz przepływów masy czynnika (efekt szczelinowy i przedmuchy). Do analizy termodynamicznej niezbędna jest znajomość ciśnienia w komorze spalania oraz ilościowy wpływ wszystkich wymienionych czynników. Ciśnienie w cylindrze stanowi cenną informację o procesie spalania i należy się spodziewać, że użycie czujników ciśnienia w silnikach seryjnych byłoby interesujące pod względem możliwości sterowania silnikiem. Obecne prace, dla silników z zapłonem iskrowym, rozwijają się w kierunku stosowania analizy wydzielania ciepła na podstawie danych ciśnienia z komory spalania. Analiza udziału części spalonej (MFB) może być używana do określania właściwości termodynamicznych czynnika w cylindrze dla przejścia od ładunku niespalonego do spalonego. Artykuł prezentuje model wydzielania ciepła, oparty na I Zasadzie Termodynamiki, dla silnika z zapłonem iskrowym, bazujący na ciśnieniu w cylindrze, z wykorzystaniem zmiennych właściwości czynnika roboczego. Oceniono wpływ poszczególnych członów równania na otrzymywaną całkowitą ilość ciepła wydzielonego.

EN

Cylinder pressure built by combustion process is affected by the changes in the volume of combustion chamber (due to piston travel) and chemical composition (and hence thermodynamic properties), heat transfer and gas flows. To examine (and further to develop the combustion process), it is necessary to relate each term to measured in-cylinder pressure changes and then combine them to quantify the combustion effects. The cylinder pressure can give valuable information about the combustion process and it is expected that it will also be interesting to use pressure sensor in production engine. The present work develops and applies heat release rate (HRR) analysis for SI engine pressure data. Mass fraction burned (MFB) is used to interpolate the in-cylinder gas properties for the burned and unburned charge. This paper presents heat release model, based on in-cylinder pressure data from spark ignition engine, which uses instantaneous properties of working fluid to calculate cumulative heat release characteristics. Heat release rate equation, based on First Law of Thermodynamic was applied to a control volume and its fundamental parts were discussed and their influence evaluated separately. Based on this sensitivity analysis, the optimal formulation of HRR equation for SI engine was proposed and tested

Słowa kluczowe

PL

silnik spalinowy; właściwości termodynamiczne; analiza szybkości wydzielania ciepła

EN

internal combustion engine; thermodynamic properties; heat release analysis

• Wydawca: Łukasiewicz Research Network - Institute of Aviation ; European Science Society of Powertrain and Transport KONES Poland ; Wydawnictwo Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych
• Czasopismo: Journal of KONES
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 15, No. 3
• Strony: 335--346
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys.

Twórcy

autor

Mendera K. Z.

autor

Smereka M.

• Częstochowa University of Technology Institute of Internal Combustion Engines and Control Engineering Armii Krajowej Alee 21, 42-200 Częstochowa tel.: [phone],

Bibliografia

• [1] Cheung, H. M., Heywood, J. B., Evaluation of a one-zone burn-rate analysis procedure using production SI engine pressure data, SAE Technical Paper 932749.
• [2] Gatowski, J. A., Balles, E. N., Chun, K. M., Nelson, F. E., Ekchian, J. A., Heywood. J. B., Heat release analysis of engine pressure data, SAE Technical Paper 841359, 1984.
• [3] Gruca, M., Mendera, K. Z., Wyznaczanie GMP tłoka, Journal of Kones Internal Combustion Engines, Vol. 12, 2005.
• [4] Heywood, J. B., Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw-Hill, 1988.
• [5] Mendera, K. Z., Thermodynamic analysis of spark ignition engine pressure data, Journal of Kones Internal Combustion Engines, Vol. 9, 2004.
• [6] Mendera, K. Z., Thermodynamic properties of working fluid of internal combustion engine, Journal of Kones 2004.
• [7] Mendera, K. Z., Pasternak, M., Smereka, M., Sobiepański, M., Sosnowski, M., Calibration of spark ignition engine model, Internationale Congress On Combustion Engines, PTNSS KONGRES, Szczyrk 2005.
• [8] Mendera, K. Z., Smereka, M., Influence of burn profile on the precision of 1-D engine cycle simulation, Journal of KONES Powertrain and Transport, Vol. 13, Nr 4, 2006.
• [9] Mendera, K. Z., Spyra, A., Smereka, M., Analiza równania Woschni, VI Międzynarodowa Konferencja Naukowa Silniki Gazowe 2003 Konstrukcja - Eksploatacja - Paliwa odnawialne, 2003.
• [10] Mendera, K. Z., Spyra, A., Smereka, M., Obliczenia parametrów stanu czynnika roboczego silnika spalinowego, VI Międzynarodowa Konferencja Naukowa Silniki Gazowe 2003 Konstrukcja – Eksploatacja - Paliwa odnawialne, 2003.
• [11] Woschni, G., A Universally Applicable Equation for the Instantaneous Heat Transfer Coefficient in the Internal Combustion Engine, SAE Technical Paper 670931.
• [12] Yilmaz, E., Sources and characteristics of oil consumption in a spark-ignition engine, MIT 2003.
• [13] NASA polynomials, http://www.me.berkeley.edu/gri_mech/data/nasa_plnm.html