Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Energy aspects of the SI engine load adjustment by early closing of inlet or exhaust valve

Żmudka Z., Postrzednik S., Przybyła G.

Journal of KONES

|

2016

|

Vol. 23, No. 4

583--590

EN

The theoretical analysis of the SI engine load adjustment has been presented. The load especially in SI engine is highly dependent on the process of charge exchange. This process has significant impact on the effectiveness of an engine work because it is connected with the necessity of overcoming the flow resistance, then with the necessity of doing a work, so-called the charge exchange work. The flow resistance caused by throttling valve is especially high during part load operation. The open theoretical cycle has been assumed as a model of processes proceeding in the engine. Using fully variable inlet and exhaust valves timing the cycle can be realized e.g. according to two systems: system with early inlet valve closing (EIVC) and system with early exhaust valve closing (EEVC). Both systems have been analysed individually and comparatively with the open Seiliger-Sabathe cycle, which is theoretical cycle for the classical throttle governing of an engine load. Benefits resulting from application of the systems with independent inlet and exhaust valves control have been assessed on the basis of the selected parameters: a fuel dose, a cycle work, a charge exchange work and a cycle efficiency. The use of the analysed systems to governing of the SI engine load will enable to eliminate a throttling valve from inlet system and reduce the charge exchange work, especially within the range of part load operation. Decrease of the charge exchange work leads to increase of the internal and effective works, which results in increase of the effective efficiency of the spark ignition engine. Additionally, the EEVC enables realization of the internal EGR.

2

Correlations of wiebe function parameters for combustion simulation in SI engine fuelled with gaseous fuels

Przybyła G., Postrzednik S., Żmudka Z.

Journal of KONES

|

2016

|

Vol. 23, No. 2

293--300

EN

Combustion simulation in SI engine fuelled with unconventional gaseous fuels becomes more necessary in last years. The reason is because the use of e.g. biogases from anaerobic digester process or gasification of biomass to produce "green energy". From the view of energy balance of small CHP units, the SI engine seems to be most efficient appliance as a part of this unit. Through 1D, simulation of in-cylinder pressure a fast prediction of engine performance is possible. In this case, the Mass Fraction Burn (MFB) function can be used. The MFB reflect the amount of fuel burned throughout the combustion process in an internal combustion engine. SI engine combustion simulation by using a Wiebe function to represent the MFB is very often used in a 1D-engine code that allow for fast calculations and a good accuracy of results. This paper deals with calculations of Wiebe function coefficients based on experimental data of four stroke naturally aspirated SI engine fuelled with natural gas and simulated producer gas. The Wiebe function parameters are determined over a range of fuel compositions and air excess ratio by fitting the Wiebe function curve to the experimentally obtained MFB data from a single-zone Heat Release Rate (HRR) analysis.

3

Throttleless control of SI engine load by fully flexible inlet valve actuation system

Żmudka Z., Postrzednik S., Przybyła G.

Combustion Engines

|

2016

|

R. 55, nr 1

44--48

EN

A system with independent, early inlet valve closure (EIVC) has been analysed. The open, theoretical cycle has been assumed as a model of processes proceeding in the engine with variable inlet valve actuation. The system has been analysed individually and comparatively with open Seiliger-Sabathe cycle which is theoretical cycle for the classic throttle governing of engine load. The influence of EIVC on fuel economy, cycle work, relative charge exchange work and cycle efficiency has been theoretically investigated. The use of the analysed system to governing of an engine load will enable to eliminate a throttling valve from inlet system and reduce the charge exchange work, especially within the range of partial load. The decrease of the charge exchange work leads to an increase of the internal and effective works, which results in an increase of the effective efficiency of the spark ignition engine.

4

The heat transfer coefficient calculations of internal combustion engine fuelled with natural gas

Przybyła G., Postrzednik S., Żmudka Z.

Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika

|

2015

|

z. 87 [291], nr 1

71--80

EN

In this paper the calculations of heat transfer coefficient in the combustion chamber of the internal combustion engine fuelled with natural gas is presented. The mean value of heat transfer coefficient has been calculated using Woschni and Nusselt equation and compared with results obtained using algorithm based on experimental data. The proposed algorithm can be helpful to determine the average values of heat transfer coefficient from working medium to the combustion chamber walls (crown of a cylinder head, cylinder walls and piston head) during combustion process. The calculation method includes modified one zone heat release model in combustion chamber of SI engine. Proposed method is based on the energy balance equation closed by the coefficient which expresses the heat losses to the walls of the combustion chamber.

PL

W pracy przedstawiono obliczenia współczynnika przenikania ciepła w komorze spalania silnika wewnętrznego spalania zasilanego gazem ziemnym. Średnią wartość współczynnika przenikania ciepła obliczono za pomocą równania Woschni oraz Nusselta i porównano z wynikami uzyskanymi za pomocą algorytmu opartego na danych eksperymentalnych. Zaproponowany algorytm może być pomocny do określenia średnich wartości współczynnika przenikania ciepła z czynnika roboczego do ścian komory spalania (głowicy cylindra, ściany cylindrów i głowicy tłoka) podczas procesu spalania. Metoda obliczeniowa obejmuje zmodyfikowany model wydzielania ciepła w komorze spalania silnika ZI. Proponowany sposób opiera się na równaniu bilansu energetycznego zamkniętym przez współczynnik, który wyraża straty ciepła do ścianek komory spalania.

5

Main conditions and effectiveness of gas fuel use for powering of dual fuel IC self-ignition engine

Postrzednik S., Przybyła G., Żmudka Z.

Transport Problems

|

2015

|

T. 10, z. 3

99--111

EN

Internal combustion engines are fuelled mostly with liquid fuels (gasoline, diesel). Nowadays the gaseous fuels are applied as driving fuel of combustion engines. In case of spark ignition engines the liquid fuel (petrol) can be totally replaced by the gas fuels. This possibility in case of compression engines is essentially restricted through the higher self-ignition temperatures of the combustible gases in comparison to classical diesel oil. Solution if this problem can be achieved by using of the dual fuel system, where for ignition of the prepared fuel gas - air mixture a specified amount of the liquid fuel (diesel oil) should be additionally injected into the combustion chamber. For assurance that the combustion process proceeds without mistakes and completely, some basic conditions should be satisfied. In the frame of this work, three main aspects of this problem are taken into account: a. filling efficiency of the engine, b. stoichiometry of the combustion, c. performance of mechanical parameters (torque, power). A complex analysis of these conditions has been done and some achieved important results are presented in the paper.

PL

Silniki spalinowe są zwykle zasilane paliwami ciekłymi (benzyna, ON). Aktualnie do napędu tych silników często wykorzystywane są paliwa gazowe, przy czym zazwyczaj stosowany jest zapłon iskrowy. W przypadku silników z zapłonem samoczynnym wymagane jest użycie podwójnego systemu paliwowego (tzw. systemu dualnego), w ramach którego łącznie z paliwem gazowym podawana jest nieduża dawka paliwa ciekłego, inicjująca zapłon przygotowanej gazowo-powietrznej mieszanki palnej. W celu zapewnienia, że proces spalania będzie przebiegać prawidłowo, a pracujący silnik osiągnie wymagany moment obrotowy (moc efektywną), wiele uwarunkowań powinno być ściśle dotrzymanych. W artykule przeprowadzono teoretyczno-obliczeniową analizę uwarunkowań związanych z prawidłowym funkcjonowaniem silnika spalinowego, wyposażonego w dwupaliwowy układ zasilania w aspekcie uwarunkowań stechiometrycznych oraz pozyskiwanego momentu obrotowego.

6

Uwarunkowania pracy reaktorów katalitycznych instalowanych w układach wylotowych silników spalinowych

Żmudka Z., Postrzednik S.

Instal

|

2015

|

nr 2

29--35

PL

Analizowano główne problemy związane z eksploatacją elementów układu wylotowego na przykładzie reaktora katalitycznego. Istotne są pozytywne oraz negatywne aspekty instalowania tych urządzeń. W tym zakresie szczególną uwagę zwrócono na stopień konwersji substancji szkodliwych oraz opory przepływu, jakie stawia reaktor na drodze wypływu spalin z silnika. W ujęciu modelowym zagadnienia oporów przepływu spalin, reaktor katalityczny traktowano jako element oporów miejscowych lub liniowych układu wylotowego silnika. W pierwszym przypadku liczbę oporu miejscowego wyznacza się stosując model Darcy’ego. W drugim przypadku ujęcie zagadnienia oporów przepływu spalin przez katalizator polega na przyjęciu liniowego układu modelowego, z rozłożoną liniowo wzdłuż drogi przepływu spalin dyssypacją energii. Problematykę zilustrowano wynikami badań eksperymentalnych trójfunkcyjnego reaktora katalitycznego zainstalowanego w układzie wylotowym silnika ZI. Określono wzajemne zależności pomiędzy eksploatacyjnymi parametrami pracy silnika a warunkami przepływu spalin przez reaktor katalityczny.

EN

Principal problems connected with operation of exhaust system elements have been analysed on the basis of three-way catalytic reactor. There are positive and negative aspects of the reactor installing. Within this range conversion rate of harmful substances and resistance of exhaust gas flow through the catalytic reactor were investigated. In energy (negative) aspect, catalytic converter can be treated as local or linear resistance element of exhaust system. In the first model local resistance number of the reactor is calculated using Darcy model. In the second case, exhaust gas flow resistance through catalyst is treated as linear resistance with energy dissipation distributed linearly along way of exhaust gas flow. The problem has been illustrated by results of experimental researches of three-way catalytic converter installed in exhaust system of the spark ignition engine. Interdependences between operating parameters of engine work and conditions of exhaust gas flow through the catalyst are determined.

7

Uwarunkowania efektywnego wykorzystania paliwa gazowego do napędu silnika spalinowego z zapłonem samoczynnym

Postrzednik S., Przybyła G., Żmudka Z.

Instal

|

2014

|

nr 7/8

36--41

PL

Tłokowe silniki spalinowe zasilane są zazwyczaj paliwami ciekłymi (benzyna, olej napędowy). Obecnie do napędu silników spalinowych często wykorzystywane są także paliwa gazowe. W tym zakresie zwykle stosowane są systemy z zapłonem iskrowym, chociaż spotkać można inne rozwiązania. W przypadku silników z zapłonem samoczynnym (diesle) wymagane jest zastosowanie podwójnego systemu paliwowego (tzw. systemu dualnego), w ramach którego łącznie z paliwem gazowym podawana jest nieduża dawka paliwa ciekłego, która inicjuje zapłon przygotowanej gazowo – powietrznej mieszanki palnej. Dla zapewnienia, że proces spalania przebiegać będzie prawidłowo, a pracujący silnik osiągnie wymagany moment obrotowy (moc efektywną), szereg uwarunkowań powinno być ściśle dotrzymane. W pracy dokonano teoretyczno – obliczeniowej analizy uwarunkowań związanych z prawidłowym funkcjonowaniem silnika spalinowego, wyposażonego w podwójny system paliwowy. Uzyskane wyniki pozwalają ocenić celowość stosowania dostępnego paliwa gazowego, a także na odpowiednie zaprogramowanie badań eksperymentalnych w zakresie racjonalnego wykorzystania różnych gazów do napędu silników spalinowych.

EN

Internal combustion engines are fuelled mostly with liquid fuels (gasoline, diesel). Nowadays more and more the gaseous fuels are applied as driving fuel of combustion engines. In case of spark ignition engines the liquid fuel (petrol) can be replaced totally without additional troubles by the gas fuels. This possibility in case of compression engines is essentially restricted. Self-ignition of the fuel gas appears at higher temperatures in comparison to selfignition of classical diesel oil. Solution if this problem can be achieved by using of the dual fuel system. The diesel engine can be fulfilled with the fuel gas basically, but for ignition of the prepared fuel gas – air mixture a specified amount of the liquid fuel (diesel oil) should be additionally injected into the combustion chamber. Diesel engine working with the dual fuel system has to perform simultaneously the needed effective mechanical torque and power output. For assurance that the combustion process in the cylinder proceeds without mistakes and completely, some basic conditions should be satisfied. In the frame of this work, three main aspects of this problem are taken into account: a. filling of the engine, b. stoichiometry of the combustion, c.performance of mechanical parameters (torque, power). A complex analysis of these conditions connected with the dual fuel combustion process has been done and some results of the carried out investigations are presented in the paper.

8

Realization of the Atkinson-Miller cycle in spark-ignition engine by means of the fully variable inlet valve control system

Żmudka Z., Postrzednik S., Przybyła G.

Archives of Thermodynamics

|

2014

|

Vol. 35, no. 3

191--205

EN

The theoretical analysis of the charge exchange process in a spark ignition engine has been presented. This process has significant impact on the effectiveness of engine operation because it is related to the necessity of overcoming the flow resistance, followed by the necessity of doing a work, so-called the charge exchange work. The flow resistance caused by the throttling valve is especially high during the part load operation. The open Atkinson-Miller cycle has been assumed as a model of processes taking place in the engine. Using fully variable inlet valve timing the A-M cycle can be realized according to two systems: system with late inlet valve closing and system with early inlet valve closing. The systems have been analysed individually and comparatively with the open Seiliger-Sabathe cycle which is a theoretical cycle for the classical throttle governing of the engine load. Benefits resulting from application of the systems with independent inlet valve control have been assessed on the basis of the selected parameters: fuel dose, cycle work, charge exchange work and a cycle efficiency. The use of the analysed systems to governing of the SI engine load will enable to eliminate a throttling valve from the system inlet and reduce the charge exchange work, especially within the range of part load operation.

9

The heat transfer coefficient calculation in the ice cylinder based on in-cylinder pressure data

Przybyła G., Postrzednik S., Żmudka Z.

Journal of KONES

|

2013

|

Vol. 20, No. 4

382--388

EN

In this paper the calculations algorithm of heat-transfer coefficient in the combustion chamber of the internal combustion engine is presented. Developed algorithm is based on the in cylinder pressure data. The proposed algorithm can be helpful to determine the average values of heat-transfer coefficient from working medium to the combustion chamber walls (crown of a cylinder head, cylinder walls and piston head) during combustion process. The calculation method includes modified one zone heat release model in combustion chamber of SI engine. Proposed method consists in closing the energy balance equation by the coefficient which expresses the heat losses to the walls of the combustion chamber. The average value of the heat losses during combustion process is calculated by two steps. Firstly, the integration of the energy balance equation (without specifying the heat losses) leads to designation of the so-called net value of heat released in cylinder. In the next step the amount of the total energy supplied to the cylinder is determined taking into account the chemical energy of the supplied fuel. The difference between the supplied value of chemical energy and heat released net value allows to determine the heat losses average value. In last stage, the heat flow equation leads to calculate the mean value of heat transfer coefficient during combustion process.

10

Influence of the exhaust gas recirculation on the oxygen contents and its excess ratio in the engine combustion chamber

Postrzednik S., Żmudka Z., Przybyła G.

Journal of KONES

|

2013

|

Vol. 20, No. 3

315--321

EN

Exhaust gas recirculation (EGR) can be realized on the external or internal way. The main goal of EGR is to decrease the combustion temperature of the combustible mixture by increasing the relative heat capacity of the working medium. An additional effect is to reduce the oxygen content in the gas mixture flowing into the combustion chamber. To quantify the exhaust gas recirculation some descriptive parameters are defined, including: – exhaust gas recirculation rate R, – multiple of exhaust gas recirculation K, – relative exhaust gas recirculation W. The analysis concerns the effective oxygen excess ratio Oef in the combustible mixture and the so-called internal oxygen excess ratio Ow,, which additionally takes into account the supplied oxygen with the recirculation stream. It was found that with increasing of the exhaust gas recirculation degree systematically decreases the content of the oxygen [O2]d in the combustible mixture, while increases the oxygen excess ratio Oef observed in the exhaust gases. Changes of this all parameters influence the combustion coditions in the engine cylinder, and next the achieved specifaic work, energy efficiency and emission of the combustion engine. An advanced system with independent, early exhaust valve closing enables realization of an internal EGR. Effectiveness of internal recirculation is lower than the external recirculation.

11

Charge exchange control in a SI engine by early exhaust valve closing

Żmudka Z., Postrzednik S., Przybyła G.

Journal of KONES

|

2013

|

Vol. 20, No. 1

387--394

EN

The paper tackles the problems connected with the charge exchange in internal combustion engines. The theoretical analysis of the charge exchange process in the SI engine has been presented. A system with independent, early exhaust valve closing has been analysed. The analysed system enables realization of an internal EGR and elimination of a throttling valve from an inlet system and reduce the charge exchange work, especially within the range of partial load. The decrease of the charge exchange work leads to an increase of the internal and effective works, which results in an increase of the effective efficiency of the spark ignition engine. The open, theoretical cycle has been assumed as a model of processes proceeding in an engine. The system has been analysed individually and comparatively with open Seiliger-Sabathe cycle. Benefits resulting from application of the system with early exhaust valve closing have been assessed on the basis of the selected parameters: a fuel dose, a cycle work, a relative charge exchange work and a cycle efficiency. The best results within decrease of fuel consumption and increase of cycle efficiency are obtained for low engine load. The main parameters characterizing the process of the internal exhaust gas recirculation were also determined. These are the ratio and the multiplicity of the exhaust gas recirculation.

12

Stechiometryczne uwarunkowania oraz skutki realizacji recyrkulacji spalin

Postrzednik S., Żmudka Z., Przybyła G.

Combustion Engines

|

2013

|

R. 52, nr 3

379--382

PL

Zasadniczym celem stosowania recyrkulacji spalin jest obniżenie temperatury spalania mieszanki palnej, poprzez wzrost względnej pojemności cieplnej czynnika roboczego. Do ilościowego ujęcia recyrkulacji wykorzystano pojęcia: stopień R, krotność K recyrkulacji spalin oraz jej wartość względna W. Analiza dotyczy stechiometrycznych skutków recyrkulacji: udziału tlenu [O2]d w mieszaninie gazów dopływających do komory spalania, efektywnego λ ef stosunku nadmiaru tlenu oraz tzw. wewnętrznego stosunku nadmiaru tlenu λw, w którym uwzględnia się tlen dostarczany ze strumieniem recyrkulujących spalin. Dzięki przeprowadzonej analizie uwarunkowań i skutków recyrkulacji okazało się, ze wzrostem stopnia recyrkulacji systematycznie zmniejsza się udział [O2]d tlenu w mieszance palnej, a jednocześnie obserwuje się wzrost wewnętrznego stosunku nadmiaru tlenu λ w. Ustalone współzależności wpływają istotnie na parametry (ciśnienie p, temperaturę T) obiegu silnika, pozyskiwaną pracę mechaniczną oraz sprawność energetyczną, a także na emisję substancji szkodliwych.

EN

The main goal of EGR is to decrease the combustion temperature of the combustible mixture by increasing the relative heat capacity of the working medium. An additional effect is to reduce the oxygen content in the gas mixture flowing into the combustion chamber. The analysis concerns the effective oxygen excess ratio λ ef in the combustible mixture and the so-called internal oxygen excess ratio λw, which additionally takes into account the supplied oxygen with the recirculation stream. It was found that with increasing of the exhaust gas recirculation degree systematically decreases the content of the oxygen [O2]d in the combustible mixture, while increases the oxygen excess ratio λ ef observed in the exhaust gases. Changes of this all parameters influence the achieved specifaic work, energy efficiency and emission of the combustion engine.

13

Podstawowe uwarunkowania oraz efektywność wykorzystania paliwa gazowego do napędu silnika spalinowego z zapłonem samoczynnym

Postrzednik S., Żmudka Z., Przybyła G.

Combustion Engines

|

2013

|

R. 52, nr 3

866--871

PL

Tłokowe silniki spalinowe zasilane są zazwyczaj paliwami ciekłymi (benzyna, olej napędowy). Aktualnie do napędu silników spalinowych wykorzystywane są często także paliwa gazowe. W tym zakresie zwykle stosowane są systemy z zapłonem iskrowym, chociaż spotkać można inne rozwiązania. W przypadku silników z zapłonem samoczynnym wymagane jest zastosowanie podwójnego systemu paliwowego (tzw. systemu dualnego), w ramach którego łącznie z paliwem gazowym podawana jest nieduża dawka paliwa ciekłego, która inicjuje zapłonu przygotowanej gazowo - powietrznej mieszanki palnej. Dla zapewnienia, że proces spalania przebiegać będzie prawidłowo, a pracujący silnik osiągnie wymagany moment obrotowy (moc efektywną), sze-reg uwarunkowań powinno być ściśle dotrzymane. W pracy dokonano teoretyczno - obliczeniowej analizy uwarunkowań związanych z prawidłowym funkcjonowaniem silnika spalinowego, wyposażonego w dwupaliwowy system zasilania; w aspekcie uwarunkowań stechiometrycznych oraz pozyskiwanego momentu obrotowego.

EN

Internal combustion engines are fuelled mostly with liquid fuels. Nowadays more and more the gaseous fuels are applied as driving fuel of combustion engines. In case of spark ignition engines the liquid fuel (petrol) can be replaced totally without additional troubles by the gas fuels. This possibility in case of compression engines is essentially restricted. Self-ignition of the fuel gas appears at higher temperatures in comparison to self-ignition of classical diesel oil. Solution if this problem can be achieved by using of the dual fuel system. The diesel engine can be fulfilled with the fuel gas basically, but for ignition of the prepared fuel gas - air mixture a specified amount of the liquid fuel (diesel oil) should be additionally injected into the combustion chamber. Diesel engine working with the dual fuel system has to perform simultaneously the needed effective mechanical torque and power output. For assurance that the combustion process in the cylinder proceeds without mistakes and completely, some basic conditions should be satisfied. In the frame of this work, three main aspects of this problem are taken into account: a. filling of the engine, b. stoichiometry of the combustion, c. performance of mechanical parameters (torque, power). A complex analysis of these conditions connected with the dual fuel combustion process has been done and some results of the carried out investigations are presented in the paper.

14

Analiza procesu spalania ubogich mieszanek paliw gazowych w silniku ZI

Przybyła G., Postrzednik S., Żmudka Z.

Combustion Engines

|

2013

|

R. 52, nr 3

371--378

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań teoretycznych i eksperymentalnych silnika spalinowego o zapłonie iskrowym, zasilanego ubogimi mieszankami gazu z powietrzem. Przeprowadzono obliczenia wartości opałowej mieszanki gazowo-powietrznej (ed,v) dla wybranych paliw gazowych (gaz ziemny, biogaz, gaz z procesów zgazowania paliw stałych). Na podstawie własności tych paliw, określona została sprawność teoretycznego obiegu Otto, stosując zmienne wartości nadmiaru powietrza. Badania przeprowadzono na silniku o niskiej objętości skokowej. Tego typu silniki są stosowane w przemyśle motoryzacyjnym, a ze względu na niską cenę zakupu oraz koszty eksploatacji mogą być stosowane w układach kogeneracyjnych małej mocy. Głównym celem niniejszej pracy jest określenie parametrów silnika spalinowego ZI podczas spalania mieszanek ubogich. Jak wykazała analiza, największa różnica w wartościach (ed,v) energii chemicznej mieszanki palnej dla analizowanych paliw występuje w zakresie mieszanek stechiometrycznych. W tym miejscu różnica Δ ed,v pomiędzy gazem ziemnym, a przykładowym gazem ze zgazowania biomasy wynosi ok. 35%, podczas gdy w zakresie mieszanek ubogich różnica ta jest znacznie niższa. Dla bardzo wysokich wartości stosunku nadmiaru powietrza λ wspomniana różnica osiąga wartość „0”. Zaobserwowano wyraźny wpływ stosunku nadmiaru powietrza na nierównomierność pracy silnika bazującego na średnim ciśnieniu indykownym (COVIMEP). Wartości tego wskaźnika rosną ze wzrostem stosunku nadmiaru powietrza. Uzyskane wyniki kształtują się na dopuszczalnym poziomie ze względu na zastosowanie silnika w układzie CHP i osiągają wartość poniżej 5%.

EN

In this paper the results of the theoretical and experimental study of an internal combustion engine, fuelled with lean air – gas mixtures, are presented. Calorific value of air-fuel mixture were calculated for several chosen gaseous fuels such as: natural gas, landfill gas, and producer gas. Based on these fuels, the performance of a theoretical Otto cycle was investigated using variable air excess values. The experiments were carried out on a petroleum engine with a low engine displacement. A typical SI engine was selected in order to evaluate the potential application of a gaseous fuel (i.e. natural gas). These types of engines are widely available and commonly used in the automotive sector because of low purchase prices and operating costs. It is expected that after minor modifications, the engine can easily operate in a low power co-generation mode. The main objective is to evaluate the performance of the engine under lean air/fuel mixture conditions. The analysis shows that the most significant difference in the calorific value of air fuel mixture (ed,v) for chosen fuels is occured for stoichiometric mixtures. At this point the difference Δ ed,v between natural gas and the producer gas is about 35%, while for the lean mixtures the difference is much less. The slight impact of air excess ratio on COVIMEP was noticed. The value decreases insensibly with air excess ratio decreasing. Obtained results are located at acceptable levels for power generation sources and are less than 5 %.

15

Analiza efektywności niezależnego sterowania zaworami wylotowymi jako sposobu realizacji wewnętrznej recyrkulacji spalin

Żmudka Z., Postrzednik S., Przybyła G.

Combustion Engines

|

2013

|

R. 52, nr 3

338--345

PL

Przeprowadzono analizę systemu z niezależnym, wcześniejszym zamknięciem zaworu wylotowego, który umożliwia realizację wewnętrznej recyrkulacji spalin oraz wyeliminowanie przepustnicy w silniku ZI. Odniesieniem dla oceny korzyści oraz badania efektywności pozyskiwania pracy, w wyniku zastosowania tego systemu sterowania, jest otwarty obieg teoretyczny Seiligera-Sabathe’a z powszechnie stosowaną klasyczną regulacją dławieniową obciążenia. Analizę porównawczą efektywności zastosowania zaproponowanego systemu przeprowadzono opierając się na wybranych wielkościach: dawce paliwa, pracy obiegu, względnej pracy wymiany ładunku oraz sprawności obiegu. Najlepsze efekty w zakresie zmniejszenia dawki paliwa i zwiększenia sprawności obiegu dla analizowanego systemu, w porównaniu do systemu z regulacją dławieniową, uzyskuje się w obszarze średniego obciążenia silnika.

EN

A system with independent, early exhaust valve closing has been analysed. The analysed system enables realization of an internal EGR and elimination of a throttling valve from inlet system of a spark ignition engine. The open, theoretical cycle has been assumed as a model of processes proceeding in an engine. The system has been analysed individually and comparatively with open Seiliger-Sabathe cycle. Benefits resulting from application of the system with early exhaust valve closing have been assessed on the basis of the selected parameters: a fuel dose, a cycle work, a relative charge exchange work and a cycle efficiency. The best results within decrease of fuel consumption and increase of cycle efficiency are obtained for mean engine load.

16

Achievement of the charge exchange work diminishing of an internal combustion engine in part load

Postrzednik S., Żmudka Z.

Transport Problems

|

2012

|

T. 7, z. 1

63-76

EN

Internal combustion engines, used for driving of different cars, occurs not only at full load, but mostly at the part load. The relative load exchange work at the full (nominal) engine load is significantly low. At the part load of the IC engine its energy efficiency ηₑ is significantly lower than in the optimal (nominal field) range of the performance parameters. One of the numerous reasons of this effect is regular growing of the relative load exchange work of the IC engine. It is directly connected with the quantitative regulation method commonly used in the IC engines. From the thermodynamic point of view - the main reason of this effect is the throttling process (causing exergy losses) occurring in the inlet and outlet channels. The known proposals for solving of this problem are based on applying of the fully electronic control of the motion of inlet, outlet valves and new reference cycles. The idea presented in the paper leads to diminishing the charge exchange work of the IC engines. The problem can be solved using presented in the paper a new concept of the reference cycle (called as eco-cycle) of IC engine. The work of the engine basing on the eco-cycle occurs in two 3-stroke stages; the fresh air is delivered only once for both stages, but in range of each stage a new portion of fuel is burned. Normally the charge exchange occurs once during each engine cycle realized. Elaborated proposition bases on the elimination of chosen charge exchange processes and through this the dropping of the charge exchange work can be achieved.

PL

Silniki spalinowe, stosowane jako jednostki napędowe samochodów, pracują nie tylko przy pełnym (nominalnym) obciążeniu, ale także (najczęściej) pod obciążeniem częściowym. Względna praca wymiany ładunku silnika przy jego pełnym obciążeniu jest stosunkowo niewielka. Przy obciążeniu częściowym energetyczna sprawność ηₑ silnika spalinowego jest znacznie niższa aniżeli przy jego pełnym (optymalnym) obciążeniu, co między innymi jest powiązane z wielkością pracy wymiany ładunku w układzie. Z termodynamicznego punktu widzenia przyczyną tych zmian jest proces dławienia (przepustnica, straty egzergii) głównie na dopływie do silnika, co jest efektem tzw. ilościowej regulacji silnika spalinowego. Przygotowywane są różne propozycje rozwiązań, prowadzące do efektywnego zmniejszenia pracy wymiany ładunku przy niskich obciążeniach silnika. Jednym z proponowanych prostszych rozwiązań w tym zakresie może być zastosowanie tzw. ekoobiegu, którego idea polega na zmniejszeniu liczby napełnień cylindra. Przedmiotem analizy są możliwości realizacyjne oraz uwarunkowania eksploatacyjne ekoobiegu silnika spalinowego. Zasadniczym warunkiem branym pod uwagę, było kryterium sprawności energetycznej ekoobiegu w stosunku do sprawności istniejących obiegów klasycznych, a w szczególności stwierdzenie możliwości zwiększenia sprawności układu, głównie w zakresie obciążeń częściowych silnika spalinowego. Wskazano na sposób kontroli i dobór warunków spalania w układzie.

17

Late intake valve closing as a way of the throttleless control of SI engine load

Żmudka Z., Postrzednik S., Przybyła G.

Journal of KONES

|

2012

|

Vol. 19, No. 1

491-499

EN

The paper tackles the problems connected with the charge exchange in internal combustion engines. The theoretical analysis of the charge exchange process in the SI engine has been presented. The realization of the charge exchange process is connected with the necessity of overcoming the flow resistances, then with the necessity of doing a work, so-called the charge exchange work. The flow resistance caused by throttling valve is especially high at the partial load running of an engine. A system with independent, late intake valve closing has been analysed. The use of the analysed system to governing of an engine load will enable to eliminate a throttling valve from inlet system and reduce the charge exchange work, especially within the range of partial load. The decrease of the charge exchange work leads to an increase of the internal and effective works, which results in an increase of the effective efficiency of the spark ignition engine. The open, theoretical Atkinson-Miller cycle has been assumed as a model of processes proceeding in the engine with variable intake valve actuation. The system has been analysed individually and comparatively with open Seiliger-Sabathe cycle, which is theoretical cycle for the classic throttle governing of engine load. Benefits resulting from application of the system with late intake valve closing have been assessed on the basis of the selected parameters: a fuel dose, a cycle work, relative charge exchange work and cycle efficiency.

18

Energy analysis of a small capacity SI engine fueled with lean air gas mixture

Przybyła G., Postrzednik S., Żmudka Z.

Journal of KONES

|

2012

|

Vol. 19, No. 2

423-432

EN

In this paper, the results of the theoretical study of an internal combustion engine, fuelled with lean air - gas mixtures, are presented. Energetic property calculations were done for several chosen gaseous fuels such as methane, landfill gas, and producer gas. Based on these fuels, the performance of a theoretical Seiliger-Sabathe cycle was investigated using variable air excess values. The accurate analysis of the various processes taking place in an internal combustion engine is a very complex problem. If these processes were to be analyzed experimentally, it would be more expensive than theoretical analysis. The Seiliger-Sabathe cycle turns out to be help in theoretical analysis of internal combustion engine performance. Dimensionless descriptive parameters (E, psi) are very useful at this analysis by combining the properties of fuel with initial thermodynamic parameters of the cycle. Moreover, the experimental results of SI engine fuelled with a lean mixture of natural gas are presented for comparative purposes. The experiments were carried out on a petroleum engine with a low engine displacement. A typical SI engine was selected in order to evaluate the potential application of a gaseous fuel (i.e. natural gas). These types of engines are widely available and commonly used in the automotive sector because of low purchase prices and operating costs. It is expected that after minor modifications, the engine can easily operate in a low power co-generation mode. The main objective is to evaluate the performance of the engine under lean air/fuel mixture conditions. The slight impact of air excess ratio on COVIMEP was noticed. The value decreases insensibly with air excess ratio decreasing. Obtained results are located at acceptable levels for power generation sources and are less than 5 %. Although, the more distinct impact was observed regarding to COVpmax. The maximum value was noted for leaner mixture and it amounts to approximately 7.5%.

19

Analysis of the ignition control in the HCCI system using dose of monoatomic inert gas

Postrzednik S., Przybyła G., Żmudka Z.

Journal of KONES

|

2012

|

Vol. 19, No. 1

319-326

EN

The subject of the analysis presented in the paper is the idea and implementation method of the ignition point of homogeneous air-fuel mixture, used in the IC engine with HCCI system. Autoignition of the combustible mixture can occur only upon reaching the characteristic self-ignition temperature Tz. It should take place during (near end) the load compression. In order to achieve the fuel mixture ignition temperature Tz in the system, usually it is proposed adjusting the engine compression ratio, epsilon. However, it is quite cumbersome especially in case of frequent changes of engine load (there are also difficulties with the precise advance angle adjusting of fuel mixture ignition). According to our conception, the other method of autoignition adjustment can be successfully applied. The essence of the new idea consists in proper selection, according to engine load, of the exponent k of charge polytropic compression. Introducing the defined dose of monoatomic gas (e.g. argon Ar,k almost equal 1.667) to air-fuel mixture, the higher values of the polytropic compression exponent .. of working medium can be achieved. It will result in significant increase of the temperature rise Delta Tmax of the compressed charge and accordingly progressive increase of the advance angle of the mixture ignition.

20

Niezależne sterowanie zaworami dolotowymi jako sposób realizacji otwartego obiegu Atkinsona-Millera w silniku ZI

Żmudka Z., Postrzednik S.

Silniki Spalinowe

|

2011

|

R. 50, nr 3

PL

Przeprowadzono analizę systemu z niezależnym, opóźnionym zamknięciem zaworu dolotowego, umożliwiającego wyeliminowanie przepustnicy z układu dolotowego silnika ZI. Jako model procesów zachodzących w silniku przyjęto otwarty obieg teoretyczny Atkinsona-Millera. Odniesieniem dla oceny korzyści oraz badania efektywności pozyskiwania pracy, w wyniku zastosowania systemu z opóźnionym zamknięciem zaworu dolotowego, jest otwarty obieg teoretyczny Seiligera-Sabathe'a z powszechnie stosowaną, klasyczną regulacją dławieniową obciążenia. Analizę porównawczą efektywności zastosowania zaproponowanego systemu przeprowadzono opierając się na wybranych wielkościach: dawce paliwa, parametrze energetyczno-stechiometrycznym, pracy obiegu, względnej pracy wymiany ładunku oraz sprawności obiegu.

EN

A system with independent, late inlet valve closing has been analysed. The use of the analysed system to governing of engine load will enable to eliminate a throttling valve from inlet system of a spark ignition engine. The open, theoretical Atkinson-Miller cycle has been assumed as a model of processes proceeding in an engine. The system has been analysed individually and comparatively with open Seiliger-Sabathe cycle. Benefits resulting from application of the system with late inlet valve closing have been assessed on the basis of the selected parameters: a fuel dose, a cycle work, a relative charge exchange work and a cycle efficiency.