Experimental plant for studying the parameters of internal combustion engine running on gasoline-ethanol fuels

Full Text

Экспериментальные исследования являются неотъемлемой частью процесса разработки новых образцов ДВС, исследования рабочих процессов, исследования образования вредных веществ в отработавших газах, внедрения в эксплуатацию новых видов топлива и др. При любом эксперименте достоверные выводы могут быть сделаны лишь на основании опытных данных, имеющих определенный уровень точности. Достоверность и точность экспериментальных данных напрямую зависит от схемы экспериментальной установки и применяемого оборудования. При постановке опытов прежде всего должны быть подвергнуты анализу факторы, влияющие на их точность, и на основании такого анализа подобрана соответствующая измерительная аппаратура, а также учтены элементы теории погрешностей и ошибок. При испытаниях ДВС замеряется большое количество параметров: частота и неравномерность вращения коленчатого вала, крутящий момент, часовой расход топлива и воздуха, давление и температура окружающей среды, давление в системе смазки, давление топлива в системе питания, температура моторного масла, воды, отработавших газов, температура воздуха на впуске, детонация, энергия искрообразования и угол опережения зажигания, пульсации во впускном и выпускном коллекторах, расход и пульсации картерных газов, концентрации токсичных компонентов в отработавших газах (СО, CH, NOx). Рисунок 1. Схема экспериментальной установки На рисунке 1 представлена принципиальная схема экспериментальной установки для исследования влияния бензоэтанольных топлив на параметры работы ДВС на базе четырехцилиндрового бензинового двигателя Honda CBR F4i, основные параметры которого представлены в таблице 1. Экспериментальная установка состоит из следующих основных элементов (нумерация по схеме рис.1): · персонального компьютера (ПК) (1); · универсального блока управления двигателем AEM EMS-4 (2); · программируемого логического контролера ОВЕН ПЛК160 (3); · усилителя заряда для пьезоэлектрических датчиков быстропеременного давления (4); · форсунок для впрыскивания бензоэтанольных топлив (5); · датчика давления – свечи зажигания ДПС016 (6); · датчиков давления во впускном и выпускном коллекторах (7); · датчика оборотов коленчатого вала (8); · датчика кислорода «лямбда-зонда» (9); · газоанализатора (10); · датчиков температуры во впускном и выпускном коллекторах (11); · а также из не указанных на схеме датчиков температуры масла, охлаждающей жидкости, датчиков детонации, расходов воздуха и топлива [1]. Таблица 1 Данная экспериментальная установка позволяет выполнять следующие функции: · измерение основных параметров работы ДВС с помощью специальных датчиков и оборудования; · измерение быстропротекающих процессов в ДВС; · управление работой ДВС в широком диапазоне посредством универсального блока управления; · обработку экспериментальных данных средствами персонального компьютера; · визуальное представление измерительной информации, результатов ее обработки и анализа в графическом и табличном виде. Одним из наиболее важных элементов и особенностью данной экспериментальной установки является система индицирования, выполненная на базе датчика – свечи ДПС016. Регистрация процесса индицирования ДВС, связанного с записью быстроизменяющихся давлений в цилиндрах, каналах и внутренних полостях двигателей, позволяет с наибольшей надежностью определять среднее индикаторное давление в них и, следовательно, индикаторную мощность двигателя, оценивать особенности отдельных рабочих процессов, механические потери на трение в двигателе, показатели политроп сжатия и расширения, жесткость работы ДВС, температуру рабочего тела и закономерности выделения тепла при сгорании топлива [2]. Датчик – свеча ДПС016 позволяет одновременно создавать искру и измерять быстропеременное давление в камере сгорания ДВС в диапазоне от 0,05 до 25 МПа с погрешностью 5%. Большинство рабочих параметров ДВС в экспериментальной установке оценивается посредством универсального блока управления двигателем AEM EMS-4. Данный блок с помощью специальных датчиков и программного обеспечения позволяет измерять и анализировать давление во впускном и выпускном трубопроводах, температуру воздуха, охлаждающей жидкости и масла, частоту вращения и положение коленчатого вала, коэффициент избытка воздуха, детонацию. Также с помощью блока AEM EMS-4 осуществляется управление работой ДВС, системами топливоподачи и зажигания [3]. На рисунке 2 представлена внешняя скоростная характеристика (ВСХ) по мощности и крутящему моменту, полученная двумя измерениями (1, 2) на ДВС рассматриваемой экспериментальной установки. Рисунок 2. ВСХ по мощности и крутящему моменту двигателя Honda CBR F4i Полученные графики позволяют сделать вывод о работоспособности экспериментальной установки и целесообразности её дальнейшей эксплуатации и развития. Для получения более точных результатов исследований необходимо уделить особое внимание увеличению дискретизации данных наиболее важных параметров, что осуществимо с помощью более производительного измерительного оборудования.

About the authors

E. V. Vasilevkin

Moscow State University of mechanical Engineering (MAMI)

Email: bioethanol_mami@mail.ru

V. N. Egorov

Moscow State University of mechanical Engineering (MAMI)

Email: bioethanol_mami@mail.ru

S. V. Lavrov

Moscow State University of mechanical Engineering (MAMI)

Email: bioethanol_mami@mail.ru

D. V. Apelinskiy

Moscow State University of mechanical Engineering (MAMI)

Email: bioethanol_mami@mail.ru
Ph.D.

References

Supplementary files