Fast heat release analysis for spark ignition engine

• Autorzy: Mendera K. Z. , Smereka M.

Warianty tytułu

PL

Szybka analiza procesu wydzielania ciepła w tłokowym silniku spalinowym o zapłonie iskrowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The development of the automotive engine is increasingly challenged by emission legislation and by the end-users' fuel economy demands. it requires new technologies as well as new ways to optimise and analyse engine processes. The best possible knowledge needed for the modeling and controlling an internal combustion engine may be received as a result of the thermodynamic analysis. such an analysis requires acquisition of the data on the in-cylinder pressure and volume, Thermodynamic properties (chemical composition), heat transfer and gas flows (crevice flows, blow-by effect) and therefore is sophisticated and labour-consuming. that is why it would be desirable to use comparable (in the fmal effect and precision) methods of heat release analysis, which would be faster and less demanding. a burn rate analysis applied to calculate mass fraction burned (MFB) is one of the solutions. This paper presents the results of the comparative analysis ofvarious heat release algorithms and recommends fast mfb method that is comparable with the sophisticated thermodynamic analysis — it offers the accuracy of the estimation of 50% mass fraction burn duration not worse than 0.5 crank angle degree.

PL

Rozwój układów napędowych pojazdów w coraz większym stopniu uwarunkowany jest wymaganiami ochrony środowiska i minimalizacji zużycia paliwa. wymaga to nowych technologii w dziedzinie sterowania tłokowym silnikiem spalinowym. Dokładny obraz zjawisk zachodzących w komorze spalania otrzymać można w wyniku analizy termodynamicznej, która wymaga obok znajomości ciśnienia, będącego efektem procesu spalania i zmian objętości przestrzeni roboczej, także wiedzy o zmianach właściwości termofizycznych czynnika (zmiana składu chemicznego), wymiany ciepła oraz przepływów masy czynnika (efekt szczelinowy i przedmuchy), co czyni taką analizę skomplikowaną i pracochłonną. Pożądane byłoby więc opracowanie metody o porównywalnej dokładności, ale znacząco szybszej, nie wymagającej znajomości tak dużej liczby parametrów wejściowych. W opracowaniu tym skupiono się na porównaniu wyników uzyskiwanych poprzez zastosowanie różnych algorytmów i zaproponowano metodę, która w oparciu o minimalną liczbę danych, zapewnia zgodność położenia 50% ciepła wydzielonego z wynikami analizy termodynamicznej na poziomie nie gorszym niż plus minus 0,5° OWK.

Słowa kluczowe

EN

internal combustion engine; heat release rate; mass fraction burned analysis

PL

silnik spalinowy; szybkość wydzielania ciepła

• 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: 2009
• Tom: Vol. 16, No. 4
• Strony: 323--332
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys.

Twórcy

autor

Mendera K. Z.

autor

Smereka M.

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

Bibliografia

• [1] Amann, C., Cylinder-Pressure measurement and its use in engine research, SAE Technical Paper 852067, 1985.
• [2] Asad, U., Zheng, M., Fast heat release characterization of a diesel engine, International Journal of Thermal Sciences, No. 47, pp. 1688-1700, 2008.
• [3] Gruca, M., Program LCT, Politechnika Częstochowska 2006.
• [4] Heywood, J. B., Internal Combustion Engine Fundamental, McGraw-Hill, ISBN 0-07-100499-8, 1988.
• [5] Isermann, R., Müller, N., Modeling and adaptive control of combustion engines with fast neural networks, http://www.eunite.org/eunite/events/eunite2001/look_back/13373_P_Isermann.pdf, pp. 566-582.
• [6] Isermann, R., Müller, N., Nonlinear identification and adaptive control of combustion engines, http://w3.rt.e-technik.tu-darmstadt.de/~mueller/pdf/ifac_2.pdf.
• [7] Isermann, R., Müller, N., Design of computer controlled combustion engines, Mechatronics No. 13, pp. 1067-1089, 2003.
• [8] Kuo, P., Cylinder pressure in a spark-ignition engine: a computational model. Engineering Sciences J. Undergrad. http://hcs.harvard.edu/~jus/0303/kuo.pdf, pp. 141-145.
• [9] Marvin, C., Combustion time in the engine cylinder and its effect on engine performance, N.A.C.A. Report No. 276, pp. 391-406, 1928.
• [10] McCuiston, F. D., Lavoie, G. A., Kauffman, C. W., Validation of a turbulent flame propagation model for a spark ignition engine, SAE Technical Paper, 770045, 1977
• [11] Mendera, K. Z., Spyra, A, Smereka, M., Mass fraction burned analysis, Journal of KONES - Internal Combustion Engine, Vol. 9, No. 3-4, pp. 193-201, 2002.
• [12] Mendera, K. Z., Spyra, A, Smereka, M., Mass fraction burned algorithm based on the pV product, Journal of KONES - Internal Combustion Engine, Vol. 9, No. 3-4, pp. 185-192, 2002.
• [13] Mendera, K. Z., Smereka, M., Optymalizacja równania szybkości wydzielania ciepła w tłokowym silniku spalinowym o zapłonie iskrowym, Journal of KONES Powertrain and Transport, Vol. 15, No. 3, pp. 335-346, 2008.
• [14] Müller, R., Hemberger, H., Neural adaptive ignition control, SAE Transactions, 981057, pp. 1636-1641, 1998.
• [15] Rassweiler, G. M., Withrow, L., Motion picture of engine flames correlated with pressure cards, SAE Transactions 800131, pp. 1-20, 1980.
• [16] Sellnau, M., Matekunas, F. A., Battiston, P., Chang, Ch., Lancaster, D., Cylinder-pressurebased engine control using pressure-ratio-management and low-cost non-intrusive cylinder pressure sensors, SAE Transactions 2000-01-0932, pp. 1-20, 2000.
• [17] Smereka, M., Analiza procesu wydzielania ciepła w tłokowym silniku spalinowym o zapłonie iskrowym, Praca doktorska, Politechnika Częstochowska, Częstochowa 2009.
• [18] Traver, M., Atkinson, R., Atkinson, C., Neural network-based diesel engine emissions prediction using in-cylinder combustion pressure, SAE Transactions 1999-01-1532, pp. 1-15, 1999.
• [19] Zhu, G., Daniels, C., Winkelman, J., MBT Timing detection and its closed-loop control using in-cylinder pressure signal, SAE Technical Paper 2003-01-3266.