Simulation research into the influence of the combustion chamber blowby on the efficiency of a diesel engine

• Autorzy: Koszałka G. , Gęca M. , Suchecki A.

Warianty tytułu

PL

Symulacyjne badania wpływu szczelności komory spalania na sprawność silnika o zapłonie samoczynnym

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

Combustion chamber leakage, caused mainly by blowby, results in a reduced engine performance and higher fuel consumption. The blowby rate is, to some extent, determined by the design of the piston-ring-cylinder assembly (PRC) and the blowby rate varies throughout the life of an engine due to wear of the said assembly. The paper presents a quantitative evaluation of the influence of the combustion chamber blowby on the engine performance and fuel consumption on the example of two diesel engines: older generation naturally aspirated indirect injection diesel engine and a modern turbocharged direct injection engine. The assessment was made based on a simulation research using the AVL Boost software and the input data for the calculations were ascertained based on measurements performed on actual objects. The results have shown that a reduction of the blowby by half compared to the values occurring in engines of good technical condition would increase the maximum torque and power by approx. 0.5% for both investigated engines. The results of the simulation have also shown that increases in the blowby occurring in engines after long service lead to increased fuel consumption from 1% to 7% and the lower the engine speed and load the greater theses values.

PL

Nieszczelności komory spalania silnika spalinowego, spowodowane głównie przedmuchami spalin do skrzyni korbowej, są przyczyną mniejszych osiągów silnika oraz większego zużycia paliwa. Wartości natężenia przedmuchów spalin mogą być, w pewnym zakresie, kształtowane przez konstrukcję układu tłok–pierścienie–cylinder (TPC), ponadto zmieniają się one w czasie eksploatacji silnika na skutek zużycia układu TPC. W artykule dokonano ilościowej oceny wpływu nieszczelności komory spalania na osiągi i zużycie paliwa na przykładzie dwóch silników o zapłonie samoczynnym: starszej generacji niedoładowanego silnika z wtryskiem pośrednim oraz nowoczesnego, turbodoładowanego silnika z wtryskiem bezpośrednim. Oceny dokonano na podstawie badań symulacyjnych prowadzonych z wykorzystaniem programu AVL Boost, przy czym dane wejściowe do obliczeń ustalono na podstawie pomiarów przeprowadzonych na obiektach rzeczywistych. Wyniki badań wykazały, że zmniejszenie o połowę przedmuchów spalin, w stosunku do wartości spotykanych w silnikach będących w bardzo dobrym stanie technicznym, pozwoliłoby na zwiększenie maksymalnego momentu obrotowego i mocy maksymalnej o około 0,5% dla obu badanych silników. Wyniki symulacji wykazały również, że spotykane w eksploatacji wzrosty natężenia przedmuchów spalin powodują wzrost zużycia paliwa od 1% do 7%, przy czym wartości te są tym większe, im mniejsze są obciążenie silnika i jego prędkość obrotowa.

Słowa kluczowe

EN

combustion engine; charge losses; indicated efficiency; fuel consumption; modeling; blowby

PL

silnik spalinowy; straty ładunku; sprawność indykowana; zużycie paliwa; modelowanie; przedmuchy spalin

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Naukowe Silników Spalinowych
• Czasopismo: Combustion Engines
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 53, nr 3
• Strony: 73--79
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., wykr.

Twórcy

autor

Koszałka G.

• Faculty of Mechanical Engineering, Lublin University of Technology

autor

Gęca M.

• Faculty of Mechanical Engineering, Lublin University of Technology

autor

Suchecki A.

• Engine Testing Laboratory at Automotive Research and Development Institute BOSMAL in Bielsko Biała

Bibliografia

• [1] Aghdam E.A., Kabir M.M.: Validation of a blowby model using experimental results in motoring condition with the change of compression ratio and engine speed. Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 34, pp. 197-209, 2010.
• [2] Chang H., Zhang Y., Chen L.: Grey forecast of diesel engine performance based on wear. Applied Thermal Engineering, Vol. 23, pp. 2285-2292, 2003.
• [3] Cheng K.Y., Shayler P.J., Murphy M.: The influence of blowby on indicated work output from a diesel engine under cold start conditions. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, Vol. 218, pp. 333-340, 2004.
• [4] Koszałka G.: Model of operational changes in the combustion chamber tightness of a diesel engine. Eksploatacja i Niezawodnosc – Maintenance and Reliability, Vol. 16(1), p. 133-139, 2014.
• [5] Koszałka G., Suchecki A.: Changes in blow-by and compression pressure of a diesel engine during a bench durability test. Combustion Engines, Vol. 154(3), p. 34-39, 2013.
• [6] Merkisz J., Tomaszewski F., Ignatow O.: Trwałość i diagnostyka węzła tłokowego silników spalinowych. Poznań, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, 1995.
• [7] Lee C-FF., Zhao J.: Modeling of blowby in a small-bore high-speed direct-injection optically accessible diesel engine. SAE Paper No. 2006-01-0649.
• [8] Niewczas A., Trwałość zespołu tłok–pierścienie tłokowe–cylinder silnika spalinowego. WNT, Warszawa 1998.
• [9] Rabute R., Tian T.: Challenges involved in piston top ring designs for modern SI engines. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, Vol. 123(2), pp. 448-459, 2001.
• [10] Rakopoulos C.D., Kosmadakis G.M., Dimaratos A.M., Pariotis E.G.: Investigating the effect of crevice flow on internal combustion engines using a new simple crevice model implemented in a CFD code. Applied Energy, Vol. 88, pp. 111-126, 2011.
• [11] User Guide, AVL Boost Version 2009.1, Edition 11/2009.