Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Modification of four-stroke engine for operation in two-stroke cycle for automotive application

Mitaniec W., Buczek K.

Combustion Engines

|

2015

|

R. 54, nr 3

3--12

EN

The main disadvantages of two-stroke engines such a big fuel consumption and big emission of hydrocarbons or carbon monoxide can be reduced by new proposal of design of two stroke engine based on four stroke engines. The paper describes the operation of high supercharged spark ignition overhead poppet valve two-stroke engine, which enables to achieve higher total efficiency and exhaust gas emission comparable to four-stroke engines. The work of such engines is possible by proper choice of valve timings, geometrical parameters of inlet and outlet ducts and charge pressure. The engine has to be equipped with direct fuel injection system enabling lower emission of pollutants. The work is based on theoretical considerations and engine parameters are determined on the simulation process by use GT-Power program and CFD program for different engine configurations. The initial results included in the paper show influence of valve timing on engine work parameters and predicted exhaust gas emission. The simulation results show that the nitrogen oxides are considerably reduced in comparison to four-stroke engines because of higher internal exhaust gas recirculation. The innovation of this proposal is applying of variable valve timing with turbocharging system in the two-stroke engine and obtaining a significant downsizing effect. The conclusions shows the possibilities of applying two-stroke poppet valve engine as a power unit for transportation means with higher total efficiency than traditional engines with possible change of engine operation in two modes: two- and four stroke cycles.

PL

Główne wady silników dwusuwowych, takie jak duże zużycie paliwa i duża emisja węglowodorów oraz tlenku węgla mogą być wyeliminowane przez propozycję nowej konstrukcji silnika 2-suwowego opartego na silniku 4-suwowym. W artykule przedstawiono pracę wysoko doładowanego górnozaworowego silnika 2-suwowego, który umożliwia uzyskanie większej sprawności niż silnika 4-suwowego przy utrzymaniu emisji szkodliwych składników spalin na poziomie silników 4-suwowych. Silnik jest wyposażony w bezpośredni wtrysk paliwa umożliwiający mniejszą emisję szkodliwych składników spalin. Przedstawiono osiągi silnika, które określono na podstawie symulacji w programie GT-Power oraz przy użyciu programu CFD. Silnik został zmodyfikowany przez zmianę systemu zaworowego i faz rozrządu dla pracy w cyklu 2-suwowym. Zaprezentowano zmiany zachodzące w parametrach termodynamicznych cylindra w czasie wymiany ładunku dla wersji 2- i 4-suwowej. Proces spalania był modelowany za pomocą prostych reakcji kinetycznych dla węglowodorów i tlenków azotu oraz reakcji dysocjacji. Wyniki symulacji wskazują, że emisja tlenków azotu jest znacznie mniejsza w porównaniu z silnikiem 4-suwowym z powodu dużej wewnętrznej recyrkulacji spalin. Innowacją w proponowanym silniku dwusuwowym jest zmienność faz rozrządu z doładowaniem turbosprężarkowym i uzyskanie znacznego zmniejszenia gabarytów silnika (downsizing). Podano także możliwość zastosowania górnozaworowego silnika 2-suwowego jako jednostki napędowej dla środków transportu o większej sprawności niż tradycyjne silniki, z możliwością pracy zarówno w cyklu 2-suwowym, jak i 4-suwowym.

2

A new conception of two-stroke engine with closed cycle

Mitaniec W.

Combustion Engines

|

2013

|

R. 52, nr 3

604--611

EN

Applying of a closed work cycle in the piston engine leads usually to delivering of heat to working medium through a heat exchanger (Stirling engine). The heat may get from any type of fuel in an external combustion chamber, which allows on precisely control of combustion process. The paper describes a new conception of two-stroke engine with working medium being in the close system, the best with the perfect gas as argon or helium. The engine has the conventional crank-piston system and an inlet and outlet valves placed in the cylinder head. The delivering process of working medium with high temperature from the heat exchanger takes place through the inlet valve during a few dozen degrees of CA rotation in piston position at TDC. Expansion stroke takes place until outlet valve opens shortly BBDC. The outlet period from the cylinder follows almost at constant pressure and at low temperature to an adiabatic chamber, from where the working medium is compressed by an adiabatic compressor to pressure near pressure being in the heat exchanger. The engine works in two-stroke cycle and enables to get low temperature and pressure as early as BDC through a long time of opening of the outlet valve. The paper presents the ideological scheme of the engine system and theoretical thermal cycle. On this basis one presents the mathematical description of the individual thermodynamic processes with determination of thermal parameters of the characteristic points of the cycle with taking into account of work of the compressor and amount of delivering heat to the exchanger. This article determines also the thermal efficiency of such closed cycle. The presented engine may have a practical applying as a stationary engine in energetic systems, where as fuel may be biomass, which globally influences on decreasing of CO2 and NOx by temperature control of the combustion process.

PL

Zastosowanie zamkniętego obiegu pracy w silniku tłokowym prowadzi zwykle do dostarczenia ciepła do czynnika roboczego poprzez wymiennik ciepła (silnik Stirlinga). Ciepło można uzyskać z dowolnego paliwa w zewnętrznej komorze spalania, co pozwala na dokładniejszą kontrolę procesu spalania. Artykuł opisuje nową koncepcję silnika dwusuwowego z czynnikiem roboczym będącym w układzie zamkniętym, najlepiej gazem doskonałym takim, jak hel czy argon. Silnik ma konwencjonalny układ korbowo-tłokowy oraz zawór dolotowy oraz zawór wylotowy umieszczone w głowicy. Proces dostarczenia czynnika gazowego o wysokiej temperaturze z wymiennika ciepła zachodzi przez zawór dolotowy przez kilkadziesiąt stopni OWK przy położeniu tłoka w GMP. Proces rozprężania odbywa się się do czasu otwarcia zaworu wylotowego krótko przed DMP. Okres wylotu gazu z cylindra następuje prawie przy stałym ciśnieniu i niskiej temperaturze do adiabatycznego zbiornika, skąd czynnik roboczy jest sprężany przez sprężarkę adiabatyczną do ciśnienia panującego w wymienniku ciepła. Silnik pracuje w cyklu dwusuwowym i zapewnia uzyskanie niskiej temperatury oraz ciśnienia począwszy od DMP przez długi czas otwarcia zaworu wylotowego. Artykuł przedstawia schemat ideowy układu oraz teoretyczny obieg cieplny. Na tej podstawie przedstawiono opis matematyczny poszczególnych przemian termodynamicznych z określeniem parametrów termicznych charakterystycznych punktów obiegu z uwzględnieniem pracy wykonanej przez sprężarkę oraz dostarczonego ciepła w wymienniku. W pracy określono również sprawność cieplną takiego obiegu. Przedstawiony silnik może mieć praktyczne zastosowanie jako silnik stacjonarny w układach energetycznych, gdzie paliwem może być biomasa, co globalnie wpływa na zmniejszenie emisji CO2 oraz NOx przez kontrolowanie temperatury procesu spalania.

3

Heat release in a direct fuel injection SI two-stroke engine

Mitaniec W., Forma M.

Silniki Spalinowe

|

2011

|

R. 50, nr 3

EN

The paper presents a new method of determination of heat release rate on the base of experimental test in a two-stroke engine with direct gasoline injection. The target of the work was achieving of information about implementation of approximated Viebe function in mathematical models and simulation computer programs of a combustion process in spark ignition two-stroke engine with direct fuel injection due to the lack of such data in the literature. The energy balance equations were derived in oeder todetermine of heat release rate on the base of pressure measurements in the cylinder and change of the cylinder volume in the function of angle of crankshaft rotation. The paper presents several examples of heat release and approximate function, for which variable coefficients of Viebe function were determined for certain rotational speeds at wide opening throttle. Pressure measurements were carried out on the engine Robin EC12 wit capacity 115 cm3. Determination of heat release and burned fuel rate was calculated by means of own computer program. The paper also presents the method of determination of variable specific heat coefficients in the function of crankshaft rotation, which are also used in modeling of the engine processes.

PL

Artykuł przedstawia nowy sposób określenia wydzielania się ciepła na podstawie badań eksperymentalnych pomiaru ciśnień w dwusuwowym silniku ZI z bezpośrednim wtryskiem benzyny. Celem pracy było otrzymanie informacji o implementacji aproksymowanej funkcji Wiebe w modelach matematycznych i programach symulacyjnych procesu spalania w dwusuwowym silniku o zapłonie iskrowym z bezpośrednim wtryskiem paliwa z powodu braku takich danych w literaturze. Wyprowadzono równania bilansu energii celem określenia wydzielania się ciepła na podstawie pomiarów ciśnienia oraz zmiany objętości cylindra w funkcji kąta obrotu wału korbowego. Przedstawiono kilka przykładów wydzielania się ciepła oraz aproksymowanych funkcji, dla których określono zmienne współczynniki Wiebe dla wybranych prędkości obrotowych i pełnego otwarcia przepustnicy. Badania pomiaru ciśnień w cylindrze zostały przeprowadzone na silniku Robin EC12 o pojemności skokowej 115 cm3. Określenie wydzielania się ciepła i stopnia spalania paliwa było obliczane za pomocą własnego programu komputerowego. Artykuł przedstawia również sposób określenia zmiennych współczynników ciepeł właściwych w funkcji obrotu wału korbowego, które również są wykorzystywane w modelowaniu procesów silnikowych.

4

Simulation of heat recovery in diesel particle filter

Mitaniec W.

Silniki Spalinowe

|

2009

|

R. 48, SC2

121--127

EN

The paper describes a new method of improving of diesel particulate filter regeneration process. This method takes into account a semi-self-regeneration of diesel particle filter by use of a special heat recovery system. The paper presents a mathematical model of exhaust gas flow and through DPF with regeneration process and an example of DPF self-regeneration. At lower temperatures of exhaust gases in HCCI engines an additional energy is required for increase of gas temperature before DPF. The preliminary studies show a possibility of using the special design of DPF with heat recovery system. The paper shows the initial simulation results of such system and possibility of increasing the heat recovery ratio by change of geometry of DPF. The gas heat exchange and radiation formulas between two modules of DPF are partly included in the paper.

PL

Artykuł opisuje nową metodę polepszenia procesu regeneracji filtra cząstek stałych. Metoda ta uwzględnia półautomatyczną samoregenerację filtra cząstek stałych przy zastosowaniu systemu odzysku ciepła. Publikacja przedstawia matematyczny model przepływu gazów przez DPF oraz procesu regeneracji wraz z przykładem symulacji takiego procesu. Przy niskich temperaturach gazów spalinowych w silnikach HCCI potrzebna jest dodatkowa energia w celu zwiększenia tej temperatury przed DPF. Wstępne studium tego procesu wykazuje zwiększenie tej temperatury przy zastosowaniu specjalnej konstrukcji DPF z systemem odzysku ciepła. Praca przedstawia wstępne wyniki symulacji oraz możliwość zwiększenia stopnia odzysku ciepła przynajmniej o 20% przez zmianę geometrii systemu. Proces wymiany ciepła i radiacji w systemie jest częściowo opisany w artykule.

5

Simulation and experimental test of spray guided direct fuel injection in a two-stroke engine

Mitaniec W., Forma M.

Silniki Spalinowe

|

2009

|

R. 48, SC2

105--112

EN

The paper shows interaction between the scavenge air and fuel jet from the injector located in the cylinder head, which can induce the small size of fuel droplets and fast evaporation. The paper presents the computational results of fuel mixture formation and combustion process in direct fuel injection two-stroke engine with capacity 115 cm3. The simulation was carried out by use KIVA code with assumption of initial parameters from the experiment of the carbureted engine. The paper shows phases of mixture formation, combustion and concentration of the combustion product in the cylinder The experimental test carried out on the same engine equipped with electronic control direct fuel injection system shows the preliminary results of engine parameters and emission of pollutants.

PL

Artykuł pokazuje interakcję między strumieniem powietrza przepłukujacego i strumieniem paliwa z wtryskiwacza ulokowanego w głowicy cylindra, który może powodowac małe krople paliwa i ich szybkie odparowanie. Publikacja przedstawia wyniki obliczeń formowania mieszanki paliwowo-powietrznej i proces spalania w silniku dwusuwowym o pojemności skokowej 115 cm3 z bezpośrednim wtryskiem paliwa. Symulacje zostały przeprowadzone w programie KIVA przy załozeniu parametrów początkowych z badań silnika gaźnikowego. W pracy pokazano fazy formowania mieszanki, proces spalania oraz udział masowy produktów spalania w cylindrze. Artykuł ukazuje również wstępne parametry robocze silnika wyposażonego w elektroniczny system bezpośredniego wtrysku paliwa na podstawie badań eksperymentalnych.

6

Controlling of turbocharger work in SI engines

Mitaniec W.

Silniki Spalinowe

|

2009

|

R. 48, SC2

113--120

EN

The paper describes the total problems of the charging of SI engines particularly with multipoint injection of gasoline. The paper concerns to the important problems of fuelling of “downsizing “ new SI engines in order to fulfill the future exhaust emission requirements. One shows control method of the delivered fuel mass and the air in order to obtain the required mixture composition, which is given in mathematical way. The preliminary simulation results of work parameters of the turbocharged engine equipped with the electronic PID control system are presented in the paper and were achieved by using of GT-Power program. The time of reaction of turbocharger can be reduced by special PID controller.

PL

Artykuł opisuje główny problem doładowania silników spalinowych ZI szczególnie z wielopunktowym wtryskiem benzyny. Artykuł dotyczy głównych problemów zasilania nowoczesnych silników ZI o zwiększonych parametrach roboczych i spełniających przyszłościowe wymagania emisji spalin. Pokazano metodę matematycznego zapisu sterowania dawką paliwa i powietrza w silniku doładowanym w celu otrzymania żądanego składu mieszanki. Wstępne wyniki symulacji pracy turbodoładowanego silnika ZI wyposażonego w sterownik PID zostały otrzymane przy użyciu programu GT-Power. Czas zwłoki działania turbosprężarki przy zmiennym obciążeniu może być zredukowane przez dobór parametrów sterowania w układzie PID.

7

A new approach in development of two-stroke engines

Mitaniec W., Buczek K.

Silniki Spalinowe

|

2009

|

R. 48, SC2

99--104

EN

The paper describes the work of high speed charged spark ignition overhead poppet valve twostroke engine, which enables to achieve higher total efficiency and exhaust gas emission comparable to four stroke engines. The outflow of exhaust gases in this type of engine is partially forced by pressure of inlet air. This publication presents the engine, which has to be equipped with direct fuel injection system enabling lower emission of pollutants. The work is based on theoretical consideration and engine parameters are determined on the simulation process by use of GT-Power program for different engine configurations. The obtained results included in the paper show influence of valve timing on engine work parameters such as BMEP and BSFC. The conclusion points out the possibility of applying two-stroke poppet valve engine as a power unit for transportation means with higher total efficiency as traditional engines.

PL

Artykuł zawiera opis pracy szybkoobrotowego dwusuwowego silnika o zapłonie iskrowym wyposażonego w zawory grzybkowe umieszczone w głowicy, umożliwiającego uzyskanie wysokiej sprawności ogólnej silnika oraz emisji gazów wylotowych porównywalnej z silnikiem czterosuwowym. Wypływ gazów spalinowych tego typu silnika spowodowany jest częściowo przez ciśnienie gazów w układzie dolotowym. Zaprezentowany silnik, ze względu na obniżenie emisji toksycznych gazów, musi być wyposażony we wtrysk bezpośredni. Praca została oparta na rozważaniach teoretycznych, gdzie parametry pracy silnika zostały wyznaczone w programie GT-Power dla różnych konfiguracji silnika. Otrzymane wyniki zawarte w pracy pokazują wpływ czasów otwarcia zaworów na takie wielkości jak średnie ciśnienie efektywne czy jednostkowe zużycie paliwa. Uzyskane wnioski wskazują na możliwość zastosowania tego typu dwusuwowego silnika jako jednostki napędowej środków transportu o wyższej sprawności ogólnej silnika.