Раннее или позднее зажигание: Раннее или позднее зажигание на инжекторе и карбюраторе: как определить и отрегулировать

Угол опережения зажигания

Содержание:

• Что такое УОЗ?
• Преждевременное воспламенение
• Детонационное горение
• Признаки сбитого УОЗ
• Последствия неправильного УОЗ
• Почему происходит сбой?
• Как противодействовать?
• Самостоятельная регулировка УОЗ
• Какие системы нужно отрегулировать?

Рано или поздно любой водитель сталкивается с таким понятием, как угол опережения зажигания. Он играет большую роль в работе двигателя и СЗ в целом. Многих водителей интересует, какой должен быть угол опережения зажигания, почему он сбивается и можно ли его выставить самостоятельно. Это действительно серьезный вопрос, поскольку регулировка угла помогает избежать различных трудностей при запуске мотора. Рассмотрим, что представляет собой УОЗ и почему стоит его выставить правильно. Но для начала нужно рассмотреть, как работает система зажигания в автомобиле в целом.

Что такое УОЗ?

Как уже было сказано, УОЗом называют момент воспламенения ТВС в камере сгорания тогда, когда поршень идет к сближению с мертвой верхней точкой. Угол обязательно должен быть правильно выставлен, так как он сильно влияет на функционирование силового агрегата. От угла также зависит КПД «движка» и общая эффективность. Таким образом, именно момент зажигания влияет на работу ДВС. После небольшого «взрыва» происходит расширение газов, поршень продолжает двигаться. Процесс довольно быстрый, но очень сложный.

Преждевременное воспламенение

Феномен LSPI (преждевременное воспламенение) — относительно новое понятие в автомобильной промышленности. Это производное от детонационного сгорания, с которым автомобильная промышленность, наконец, справилась, разработав двигатели внутреннего сгорания с искровым зажиганием. Как это ни парадоксально, технологическое развитие и уменьшение габаритов привели к тому, что детонационное сгорание вернулось в опасную форму явления LSPI (Low-Speed Pre-Ignition), что означает предварительное зажигание на низких оборотах двигателя. Напомним, что такое детонационное сгорание в двигателе с искровым зажиганием. Во время правильного процесса сгорания, непосредственно перед концом такта сжатия (угла опережения зажигания), топливно-воздушная смесь воспламеняется от искры свечи и пламя распространяется по камере сгорания с постоянной скоростью 30-60 м/с. Образуется выхлопной газ, в результате чего давление в цилиндре повышается до 60 кгс/см2, затем поршень движется назад.

Детонационное горение

Во время детонационного сгорания искра воспламеняет смесь около свечи зажигания, которая одновременно сжимает оставшуюся смесь. Нарастание и повышение давления, температуры вызывают самовозгорание и возгорание смеси на противоположном конце камеры. Это цепная реакция детонации, приводящая к высокой скорости горения, превышающей 1000 м/с. Это вызывает характерный стук, иногда ощущение металлического звонка. Перечисленный процесс подвергает поршни, клапаны, шатун и другие элементы тепловым и механическим нагрузкам. В конечном итоге игнорирование детонации вызывает необходимость ремонта двигателя.

Еще в 80-х годах прошлого века инженеры справились с этим вредным явлением, установив пьезоэлектрический датчик детонации. Благодаря этому управляющий компьютер обнаруживает опасное явление и выбирает нормальный угол опережения зажигания в реальном времени, что устраняет эту проблему. Однако сегодня явление детонационного сгорания возвращается в опасной форме преждевременного зажигания на низких оборотах двигателя. Давайте проанализируем, как технический прогресс привел к возвращению забытых угроз в автомобильной промышленности.

Признаки сбитого УОЗ

Если воспламенение смеси опаздывает или происходит с опережением, то сбои в двигателе обеспечены. Наряду с экологическими требованиями, предъявляемыми международными организациями, производители автомобилей начали снижать мощность двигателей с искровым зажиганием и широко использовать турбонаддув. Выбросы CO2 и сгорание снизились, мощность и крутящий момент увеличились, культура эксплуатации осталась удовлетворительной. Вопреки расхожему мнению, как показал пример первых литровых двигателей Ford, долговечность малых двигателей также оставляет желать лучшего. У этого решения не так много недостатков.

Однако со временем в двигателях разных производителей стали появляться странные серьезные дефекты поршней: поврежденные кольца, сломанные полки или даже трещины поршня. Проблема из-за нерегулярности оказалась сложной для диагностики. Единственный симптом, который наблюдает водитель — это неприятный, нерегулярный, громкий стук из-под капота, возникающий только на холостом ходу.

Производители автомобилей анализируют проблему, но за феноменом LSPI стоит несколько факторов. Как и при классическом детонационном горении, одна из причин — топливо с октановым числом ниже рекомендованного производителем. Второй фактор, способствующий преждевременному воспламенению, — это накопление нагара в камере сгорания. Из-за высокого давления и температуры в цилиндре нагар самовоспламеняется. Другой важный фактор — это явление смывания масляной пленки со стенок цилиндров. В результате прямого впрыска топлива бензиновый туман, образующийся в цилиндре, вызывает конденсацию масляной пленки на головке поршня. Во время такта сжатия высокое давление и температура вызывают неконтролируемое самовоспламенение даже до появления искры зажигания. Процесс, сам по себе жестокий, еще больше усугубляется правильным зажиганием (искра в верхней части цилиндра), что увеличивает давление и силу явления.

Определить, что оптимальный угол опережения зажигания не выставлен, можно по следующим признакам:

1. Запуск «движка» происходит сложно.

2. Автомобиль потребляет больше топлива.

3. Мощность мотора снижается.

4. Работа на холостом ходу довольно неустойчивая.

5. При давлении на газ агрегат не отзывается, происходит перегрев.

6. Иногда водитель слышит странные звуки, схожие с хлопками.

Все перечисленные признаки говорят о сбитом УОЗ.

Последствия неправильного УОЗ

Поняв, на что влияет УОЗ, водитель может узнать о последствиях. Ясно, что раннее и позднее зажигание негативно отражается на работе «движка». И от УОЗ здесь также зависит расход топлива и мощность силового агрегата.

Чтобы определить угол, необходимо знать следующие факторы:

1. Чем выше обороты мотора, тем ранним должен быть угол зажигания.

2. Чем меньше температура двигателя, тем медленным будет горение.

Чем больше обороты двигателя, тем более ранний требуется УОЗ. Это необходимо для исключения детонации.

Почему происходит сбой?

Сбой УОЗ — распространенная проблема. Параметры, которые уже выставлены, часто не подходят под условия, в которых машина эксплуатируется. Для конкретных условий требуется определенный угол. Его можно выставить вручную.

Но перед тем как выставлять УОЗ, стоит убедиться, что вмешательства действительно нужны. Лучше провести самостоятельную проверку на слух. Например, разогнать автомобиль до 40 км/час и резко затормозить на четвертой передаче.

Детонационные звуки с нормальным разгоном говорят о том, что вмешиваться в работу и менять угол не нужно. Если звук остается, машина не разгоняется, значит, зажигание сбилось. Если детонация так и не пропала, то УОЗ ранний, а зажигание позднее.

Выставить самостоятельно угол опережения можно прибором стробоскопом. Для бесконтактного зажигания провести настройку можно на слух, а проверить работу по методу, описанному выше.

Как противодействовать?

Во-первых, следуйте рекомендациям производителя по минимальному октановому числу используемого бензина. Если производитель рекомендует топливо с октановым числом 98, следует обязательно использовать именно его. Кажущаяся экономия быстро окупится необходимостью капитального ремонта сразу после нескольких первых серий предварительного зажигания. Заправляться нужно только на определенных станциях. Использование бензина неопределенного происхождения увеличивает риск того, что топливо не поддерживает предполагаемое октановое число.

Другой вопрос — регулярная замена масла, с интервалом 10-15 тысяч километров. Производители нефти уже адаптировали продукцию в попытке противодействовать явлению LSPI. На рынке есть масла, которые обещают противодействовать явлению преждевременного возгорания в соответствии со спецификациями. В результате лабораторных испытаний было обнаружено, что устранение частиц кальция из масла способствует этому. Замена другими химическими веществами снизила риск возникновения этой проблемы. Поэтому, если двигатель малой мощности, используется масло против LSPI, соблюдая при этом спецификации SAE и API, указанные производителем автомобиля.

Самостоятельная регулировка УОЗ

Если УОЗ выставлен правильно, то возгорание смеси и сгорание происходит до того, как поршень перейдет в верхнюю мертвую точку. Данный момент можно определить по местоположению коленвала. Параметр обозначают в градусах, т.е. он показывает угол между валом и ВМТ. В случае, когда угол сдвинут, возникает позднее зажигание, и наоборот. Чтобы настроить УОЗ, необходимо взять несколько инструментов. Водителю потребуется ключ маховика, свеча зажигания и гаечный ключ.

Если рассматривать выставление угла на примере отечественного автомобиля, то алгоритм действий будет следующим:

1. Сначала необходимо отключить мотор, но при этом не оставлять машину на передаче, а использовать стояночный тормоз.

2. Около шестерни ГРМ нужно найти метки. Кроме того, потребуется выставить метку на маховике.

3. Свеча, которая находится ближе к радиатору, имеет высоковольтный провод. В него нужно вставить заготовленную свечу, прикрепить ее на массу.

4. Далее снимается крышка трамблера, а на маховик надевается ключ коленвала.

5. Коленчатый вал вращают на себя. Не допускается вращение в обратную сторону, так как это приведет к откручиванию маховика. В процессе работы нужно наблюдать за бегунком и подгонять его.

6. Метки ГРМ выставляются в зависимости от модели авто.

7. Ключ с маховика убирают, а крышку ставят в исходное положение.

8. На этом этапе разрешается включить зажигание.

Отпустив гайку крепления трамблера, водитель должен повернуть его против часовой стрелки, а затем по часовой. Необходимо дождаться искры, и именно в этот момент зафиксировать трамблер. Далее провод возвращают на свечу первого цилиндра.

В конечном итоге нужно проверить, правильно ли выставлен УОЗ. Проверка проходит во время езды, но сначала мотор нужно разогреть до рабочих значений. Разогнав машину до 50 км/час, водителю нужно включить 4-ю скорость и резко газануть. Детонация и резкое ее исчезновение при большом разгоне свидетельствует о том, что угол выставлен правильно.

Какие системы нужно отрегулировать?

Именно от конструкции системы зажигания зависит процесс регулировки. В контактной системе для поддержки нужного УОЗ на всех режимах работы мотора используется центробежный и вакуумный регулятор. Что касается бесконтактного зажигания, то его работа не отличается от контактного типа. На своих занятиях инструктор по вождению в Балашихе объяснит, что в электронном зажигании формирование и распределение импульсов возлагается на электронные устройства. Настройка системы зажигания в этом случае проходит во время проектировки и тестирования на этапе производства. Чтобы потом внести изменения, потребуется специальное оборудование. В первых двух случаях установка УОЗ достигается через верное позиционирование бегунка распределителя относительно цилиндров в конце зажигания.

Выбрать инструктора:

• Автоинструктор Юрий

• Автоинструктор Лариса

• Автоинструктор Марина

• Автоинструктор Дмитрий

• Автоинструктор Майя

• Автоинструктор Оксана

• Автоинструктор Светлана

• Автоинструктор Михаил

• Автоинструктор Анатолий

• Автоинструктор Светлана

Отзывы:

Все отзывы

Процесс регулировки угла опережения зажигания в автомобиле

(рис. 1, Зависимость давления в цилиндре двигателя от угла опережения зажигания: 1 — раннее зажигание; 2 — нормальное зажигание; 3 — позднее зажигание; А — момент воспламенения смеси)

Момент зажигания рабочей смеси (см. рис.1 точка «А») характеризуется углом опережения зажигания, который определяется по углу ф поворота коленчатого вала от момента возникновения электрической искры до положения, при котором поршень находится в верхней мертвой точке (ВМТ). Момент зажигания оказывает большое влияние на мощность и тепловой режим двигателя, удельный расход топлива и токсичность отработавших газов.

Оптимальному углу опережения зажигания на рис.1 соответствует кривая 2 и угол опережения зажигания 27° до верхней мертвой точке. Если угол опережения зажигания больше оптимального, то зажигание раннее, а если меньше — позднее.

При позднем зажигании процесс сгорания смеси происходит по кривой 3, что приводит к перегреву двигателя, так как температура отработавших газов повышается и продолжительность процесса сгорания возрастает. При раннем зажигании давление в цилиндрах двигателя достигает максимума до верхней мертвой точке и оказывает противодействие на поршень. Раннее зажигание способствует появлению и усилению детонации (см. рис. 1, зубцы на кривой 1).

Закономерность изменения оптимального угла опережения зажигания различна для двигателей разных типов, зависит от многих факторов и определяется экспериментально.

Для сгораний рабочей смеси требуется определенное время (в пределах 2 мс). С повышением частоты вращения коленчатого вала двигателя продолжительность сгорания смеси (по углу поворота коленчатого вала) будет больше, что требует увеличения угла опережения зажигания. Зависимость угла опережения зажигания от частоты вращения не прямо пропорциональна, так как скорость сгорания смеси не остается неизменной. С возрастанием частоты вращения коленчатого вала давление, температура и турбулентность смеси повышаются, что способствует повышению скорости сгорания смеси. Наибольшая скорость сгорания смеси наблюдается при коэффициенте избытка воздуха, равном 0,85-0,90.

Угол опережения зажигания Θ изменяется в зависимости от частоты вращения двигателя центробежным регулятором. Максимальное значение угла опережения зажигания равно 30-40° по углу поворота коленчатого вала.

(Рис. 2. Центробежный регулятор: 1 — кулачок; 2 — грузик; 3 — ведущий валик; 4 — пластина кулачка; 5 — штифт; 6 — ось грузика; 7 — пружина)

На рис. 2 показано устройство центробежного регулятора опережения зажигания. Работает регулятор следующим образом. На ведущем валике 3 регулятора закреплена пластина 4 с осями 6 грузиков. Грузики 2 связаны между собой пружинами 7. На каждом грузике имеется штифт 5, входящий в прорези пластины 4, закрепленной на втулке кулачка 1. Привод кулачка осуществляется от валика 3 через грузики 2. С увеличением частоты вращения коленчатого вала грузики под действием центробежной силы расходятся. При этом штифты 5, перемещаясь в пазах пластины 4, поворачивают ее и связанный с ней кулачок в направлении вращения ведущего валика, Останавливая необходимый угол опережения зажигания. Жесткость пружин различна, что обеспечивает требуемую закономерность изменения угла опеежения зажигания при изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Изменение угла опережения зажигания в зависимости от нагрузки двигателя (степени открытия дроссельной заслонки) осуществляется вакуумным регулятором опережения зажигания. Максимальный угол опережения составляет 20-24° по углу пововорота коленчатого вала.

Вакуумный регулятор показан на рис. 3. Полость Б регулятора, в которой размещена пружина 6, соединяется трубкой 5 со смесительной камерой карбюратора, расположенной над дроссельной заслонкой. Полость регулятора А сообщается с атмосферой.

К мембране 7 прикреплена тяга 9. Она связана шарниром с подвижной пластиной 11, на которой установлен прерыватель. При уменьшении нагрузки двигателя дроссельная заслонка прикрывается и разрежение в смесительной камере карбюратора, а следовательно, и в полости Б увеличивается. Под действием разряжения мембрана 7, преодолевая усилие пружины б, перемещается и тяга 9 поворачивает подвижную пластину 11 вместе с прерывателем против направления вращения кулачка. Угол опережения зажигания увеличивается.

С увеличением нагрузки двигателя дроссельная заслонка открывается, разрежение в полости Б регулятора уменьшается, и пружина 6 перемещает влево мембрану 7 и связанную с ней тягу 9. Тяга поворачивает подвижную пластину и прерыватель в направлении вращения кулачка, уменьшая таким образом угол опережения зажигания.

Отверстие для подсоединения трубки регулятора расположено таким образом, что на режиме холостого хода двигателя заслонка карбюратора перекрывает отверстие. Разрежение в полости Б регулятора при этом будет небольшим и регулятор не работает.

Допуск на величину угла опережения зажигания обычно принимают в пределах ±2° угла поворота коленчатого вала.

С увеличением угла опережения появляется или усиливается детонация. При применении топлива с меньшим октановым числом угол опережения необходимо уменьшать.

При изменении применяемого сорта топлива необходимо менять угол опережения зажигания. Октановое число топлива характеризует его антидетонационные качества. Чем меньше октановое число, тем топливо более склонно к детонации.

Угол опережения зажигания в зависимости от октанового числа топлива изменяется рычагом октан-корректора (рис. 4а), который поворачивает корпус прерывателя-распределителя в ту или другую сторону. Предварительно следует ослабить болт и регулировочные гайки октан-корректора. Одно деление шкалы 5 октан-корректора соответствует изменению угла опережения зажигания на 2° по углу поворота коленчатого вала. После регулировки нужно затянуть крепящие болт и регулировочные гайки.

Таким образом, три рассмотренные устройства для регулировки угла опережения зажигания действуют независимо одно от другого на различные элементы прерывателя-распределителя: центробежный регулятор поворачивает кулачок прерывателя, вакуумный регулятор-прерыватель, а октан-корректор — корпус прерывателя-распределителя.

Реальный угол опережения зажигания складывается из угла начальной установки Θ₀ и углов, устанавливаемых октан-коррек-тором, центробежным (Θ₁) и вакуумным (Θ₂) регуляторами (рис. 4б).

Изменение зазора в контактах прерывателя и износ подушечки рычажка прерывателя приводят к уменьшению или увеличению угла опережения зажигания. Поэтому перед установкой момента зажигания на двигателе, а также при проверке и регулировке центробежного и вакуумного регуляторов необходимо предварительно проверить зазор между контактами прерывателя (щупом) и износ подушечки его рычажка.

Зазор между контактами 7 и 8 прерывателя имеет большое значение для обеспечения надежной работы системы зажигания, так как от величины зазора зависит угол α ₃ замкнутого состояния контактов (см. рис. 4а) или время, в течение которого нарастает сила тока цепи первичной обмотки катушки зажигания.

В процессе эксплуатации необходимо проверять зазор между контактами прерывателя на специальных стендах или с помощью переносных приборов — угол замкнутого состояния контактов.

Углы α ₃ замкнутого состояния контактов и зазор между контактами (если нет указаний завода-изготовителя) в зависимости от числа цилиндров двигателя приведены ниже:

• Число цилиндров …….. 4 6 8
• Угол замкнутого состояния контактов,° …….. 43±3 39±3 30±3
• Зазор между контактами, мм …….. 0,4±0,05 0,4±0,05 0,З5±0,05

Технические характеристики некоторых типов прерывателей-распределителей даны в таблицах на рис. см. ниже:

Материалы по теме:
Контактная система зажигания, принцип работы
Система зажигания автомобиля ВАЗ-2108
Система зажигания «Искра ГАЗ-Н»
«Искра»: бесконтактная система зажигания автомобиля
Ремонт системы зажигания автомобиля
Контактно-транзисторная система зажигания

Исследование и влияние угла опережения зажигания на работу бензинового двигателя и выбросы | European Transport Research Review

• Оригинальный документ
• Открытый доступ
• Опубликовано: 25 апреля 2013 г.

• Дж. Зари ¹ и
• А. Х. Какаи ¹  

Обзор европейских транспортных исследований
том 5 , страницы 109–116 (2013 г.)Процитировать эту статью

• 51 тыс. обращений

• 30 цитирований

• Сведения о показателях

Abstract

Введение

Момент зажигания в двигателе с искровым зажиганием представляет собой процесс установки времени, когда в камере сгорания произойдет воспламенение (во время такта сжатия) относительно положения поршня и угловой скорости коленчатого вала. Установка правильного угла опережения зажигания имеет решающее значение для производительности и выбросов выхлопных газов двигателя. Цель настоящей работы состоит в том, чтобы оценить, может ли изменение угла опережения зажигания влиять на выбросы выхлопных газов и характеристики двигателя SI.

Метод

Для достижения этой цели при частоте вращения 3400 об/мин момент зажигания был изменен в диапазоне от 41° до ВМТ до 10° до ВМТ, а для оптимизации работы был разработан угол опережения зажигания при полностью открытой дроссельной заслонке и наконец, получают и обсуждают рабочие характеристики, такие как мощность, крутящий момент, BMEP, объемный КПД и выбросы.

Результаты

Результаты показывают, что оптимальная мощность и крутящий момент достигаются при 31°C перед верхней мертвой точкой и объемный КПД, BMEP увеличиваются с увеличением угла опережения зажигания. О ₂ , CO ₂ , CO был почти постоянным, но HC с опережением опережения зажигания увеличивался, и наименьшее количество NO _x достигается при 10 ВМТ.

Выводы

В заключение было получено, что угол опережения зажигания можно использовать как альтернативный способ прогнозирования работы двигателей внутреннего сгорания. Также было обнаружено, что частота вращения двигателя и положение дроссельной заслонки значительно влияют на характеристики этого двигателя.

Введение

Работа двигателей с искровым зажиганием зависит от многих факторов. Одним из самых важных является момент зажигания. Кроме того, это один из наиболее важных параметров для оптимизации эффективности и выбросов, позволяющий двигателям внутреннего сгорания соответствовать будущим целям и стандартам выбросов [1]. С момента появления первого четырехтактного двигателя Отто разработка двигателя с искровым зажиганием достигла высокого уровня успеха. В первые годы главными задачами конструкторов двигателей были увеличение мощности и надежности двигателя. В последние годы, однако, момент зажигания привлек повышенное внимание к разработке усовершенствованных двигателей SI для достижения максимальной производительности [2, 3].

Чан и Чжу работали над моделированием термодинамики в цилиндрах при высоких значениях задержки воспламенения, в частности над влиянием задержки зажигания на распределение давления в цилиндре. Также были рассчитаны температура газа в цилиндре и захваченная масса при различных условиях зажигания [4]. Сойлу и Герпен разработали двухзонную термодинамическую модель для исследования влияния угла опережения зажигания, состава топлива и коэффициента эквивалентности на скорость горения и давление в цилиндре двигателя, работающего на природном газе [5]. Был проведен анализ скорости горения для определения периода возникновения и распространения пламени при различных режимах работы двигателя [5].

Модель нульмерного термодинамического цикла с двухзонной моделью сжигания/несгорания, в основном основанная на работе Фергюсона и Крикпатрика [6], была разработана для прогнозирования давления в цилиндре, выполненной работы, тепловыделения, энтальпии выхлопных газов и т.д. вперед. Нульмерная модель основана на первом законе термодинамики, в котором устанавливается эмпирическая связь между скоростью сгорания топлива и положением кривошипа.

Сегодня поддержание чистоты окружающей среды стало важной проблемой в промышленно развитом обществе. Загрязнение воздуха, вызванное автомобилями и мотоциклами, является важной экологической проблемой, которую необходимо решить. Для этой цели поиск новых альтернативных источников энергии вместо нефти в двигателях внутреннего сгорания становится необходимостью как никогда.

Испытательный двигатель

На полностью автоматизированном испытательном стенде, экспериментальном стандартном двигателе SI, находится в лаборатории компании «Иран Ходро». Первый набор рабочих характеристик был получен при изменении угла синхронизации, давление во впускном коллекторе составляло 100 кПа, а эквивалентность поддерживалась на уровне единицы. Технические характеристики испытательного двигателя приведены в таблице 1.

Таблица 1 Технические характеристики двигателя

Полноразмерная таблица

Двигатель установлен на полностью автоматизированном испытательном стенде и соединен с вихретоковым динамометром Schenck W130, способным поглощать нагрузку и приводить в движение двигатель. Имеется один электрический датчик скорости и один датчика нагрузки, сигналы от которых подаются на индикаторы на панели управления и на контроллер. С помощью ручек на панели управления оператор может настроить динамометр на контроль скорости или нагрузки. Также имеется возможность установки угла опережения зажигания с помощью переключателя на панели управления. Циркуляция охлаждающей жидкости и смазочного масла осуществляется насосами с электрическим приводом, а температура регулируется теплообменниками с подачей воды. Нагреватели используются для поддержания температуры масла и охлаждающей жидкости во время прогрева и в условиях легкой нагрузки. На рис. 1 показана панель управления и испытательный двигатель на динамометрическом стенде.

Рис. 1

Панель управления и испытательный двигатель на динамометрическом стенде

Увеличенное изображение

Метод

Прибор для анализа выхлопных газов

Прибор для анализа выхлопных газов состоит из ряда анализаторов для измерения сажи, NOx, CO и общего количества несгоревшего Углеводороды (УВ). Уровень дыма (сажи) в выхлопных газах измерялся с помощью «AVL Di Gas», показания которого представлены в единицах Харта (% непрозрачности) или эквивалентной плотности дыма (сажи) (миллиграммы сажи на кубический метр выхлопных газов). ). Концентрация оксидов азота в ppm (частей на миллион по объему) в выхлопных газах измерялась анализатором «Сигнал» серии-4000, оснащенным обогреваемой линией с термостатическим управлением.

Экспериментальные ошибки

Никакая физическая величина не может быть измерена с полной уверенностью; всегда есть ошибки в любом измерении. Это означает, что если мы измерим некоторую величину, а затем повторим измерение, то почти наверняка во второй раз измерим другую величину.

Однако, поскольку мы проявляем большую осторожность в наших измерениях и применяем все более совершенные экспериментальные методы, мы можем уменьшить ошибки и тем самым получить большую уверенность в том, что наши измерения приближаются к истинному значению [7].

Объединение ошибок в расчетах

При выполнении нескольких измерений и их объединении в формулы результирующая ошибка будет представлять собой комбинацию отдельных ошибок. Хотя ошибки могут компенсироваться, мы должны вычислить максимально возможную ошибку, предполагая, что ошибки аддитивны [8, 9].

Сначала преобразуйте абсолютные ошибки в % ошибок. Максимально возможная ошибка определяется путем сложения % ошибок вместе. Если при расчете показание возводится в степень, то % ошибки для этой части представляет собой степень, умноженную на % ошибки. Как правило, ошибки можно разделить на два широких и грубых, но полезных класса: систематические и случайные.

Систематические ошибки — это ошибки, которые имеют тенденцию к систематическому сдвигу всех измерений, так что их среднее значение смещается. Это может быть связано с такими вещами, как неправильная калибровка оборудования, постоянное неправильное использование оборудования или неспособность должным образом учесть какой-либо эффект [10].

Источниками систематических ошибок являются внешние воздействия, которые могут изменить результаты эксперимента, но поправки на которые недостаточно известны. В науке причины, по которым часто требуется несколько независимых подтверждений экспериментальных результатов (особенно с использованием разных методов), заключаются в том, что разные устройства в разных местах могут подвергаться различным систематическим эффектам. Поэтому следует учитывать погрешности прибора перед тестированием.

Комбинированная ошибка вычислений

Коэффициент вероятной ошибки в каждом среднем, полученный из комбинированных ошибок каждой части. Предположим, что M равно u ₁ ,   u ₂ ,   …  u _n
независимая переменная n функция количества [11, 12]

$$ \begin{array}{c}\hfill f\left({u}_1\pm \varDelta {u}_1,\kern0.5em {u} _2\pm \varDelta {u}_2,\kern0.5em \dots, \kern0.5em {u}_n\pm \varDelta {u}_n\right)=f\left({u}_1,\kern0.5em {u}_2,\kern0.5em \dots, \kern0.5em {u}_n\right)+\hfill \\ {}\hfill \varDelta {u}_1\frac{\partial f}{\partial {u }_1}+\varDelta {u}_2\frac{\partial f}{\partial {u}_2}+\dots +\varDelta {u}_n\frac{\partial f}{\partial {u}_n} +\frac{1}{2}\left\{{\left(\varDelta u!\right)}^2\frac{\partial^2f}{\partial {u}_1}+\dots \right\} +\dots \hfill \end{массив} $$

(1)

(2)

Вероятная ошибка

(3)

Вероятная ошибка в полученных измерениях

(4)

Вероятная ошибка каждого измерения ошибка с доверительной вероятностью 99 %

(6)

Средняя величина вероятной ошибки с доверительной вероятностью 95 %

(7)

После того, как есть некоторые экспериментальные измерения, они обычно объединяются в соответствии с некоторой формулой для получения желаемой величины. Чтобы найти предполагаемую ошибку для вычисленного результата, нужно знать, как комбинировать ошибки во входных величинах. Простейшей процедурой было бы добавить ошибки. Это было бы консервативным предположением, но оно переоценивает неопределенность результата. Ясно, что если ошибки во входных данных случайны, то они будут компенсировать друг друга по крайней мере некоторое время. Случайны ли ошибки измеряемых величин и независимы ли они, можно получить из нескольких простых формул. В этом исследовании среднее количество вероятных ошибок с 9Достигнута достоверность 9 %.

Состояние и параметры испытаний-экспериментальная методика

Серия испытаний проводится с изменением угла опережения зажигания при работе двигателя на частоте вращения 3400 об/мин при угле опережения зажигания 41 угол поворота коленчатого вала до ВМТ и при полной нагрузке. Из-за различий между теплотворной способностью и содержанием кислорода в испытуемых топливах сравнение должно проводиться при одном и том же среднем эффективном давлении моторного торможения, т. е. при нагрузке, а не при соотношении воздух/топливо. в этом же тесте учитываются точность измерений и точность измерений и неопределенность вычисленных результатов.

В каждом испытании измеряются объемный расход топлива, дымность выхлопных газов и регулируемые выбросы выхлопных газов, такие как оксиды азота (NOx), окись углерода (CO) и общее количество несгоревших углеводородов (HC). Из первого измерения рассчитываются удельный расход топлива и термическая эффективность тормозов с использованием плотности образца и низшей теплотворной способности. В таблице 2 показана точность измерений и неопределенность результатов вычислений различных параметров.

Таблица 2 Точность измерений и неопределенность расчетных результатов

Полноразмерная таблица

Результаты и обсуждение

Первая корректировка рабочих характеристик была проведена при изменении положения дроссельной заслонки. Изменяя положение дроссельной заслонки, давление во впускном коллекторе изменялось до 100 кПа в положении полностью открытой дроссельной заслонки. Скорость поддерживалась на уровне 3400 об/мин, а коэффициент эквивалентности оставался равным единице.

Результаты показывают, что среднее эффективное давление в тормозной системе (BMEP) имеет тенденцию к увеличению с увеличением угла опережения зажигания до 31° перед верхней мертвой точкой (ВМТ), а затем падает. Наилучшие характеристики будут достигнуты при максимальном зажигании 31° до ВМТ. Если угол опережения зажигания недостаточно опережен, первоначальная часть максимального давления будет создаваться в такте расширения, и в этом случае мы теряем полезную эффективность и снижаем производительность.

Максимальный BMEP достигается при моменте зажигания 31°ВМТ. Минимальное опережение для максимального тормозного момента (МВТ) определяется как наименьшее опережение, при котором достигается 99 % максимальной мощности.

Следует отметить, что MBT будет изменяться как в зависимости от положения дроссельной заслонки, так и от частоты вращения двигателя в условиях большего количества дроссельной заслонки; плотности заряда в цилиндре на менее плотных смесях потребуется не очень большое опережение зажигания. В этом случае воспламенение происходит и дает соответствующие характеристики (рис. 2).

Рис. 2

Взаимосвязь между IMEP и BMEP и опережением зажигания — полностью открытая дроссельная заслонка; Соотношение эквивалентности одного

Изображение в натуральную величину

На приведенном выше рисунке показано, что указанное среднее эффективное давление (IMEP) имеет тенденцию к увеличению с опережением опережения зажигания между 21 и 41° до ВМТ. Ожидается, что IMEP должен увеличиваться с увеличением угла синхронизации до определенной точки, а затем уменьшаться. Наилучшие характеристики достигаются, когда большая часть сгорания происходит вблизи верхней мертвой точки. Если момент зажигания недостаточно опережен, поршень уже будет двигаться вниз, когда происходит большая часть сгорания. В этом случае мы теряем возможность расширять эту порцию газа на весь диапазон, снижая производительность. Если угол опережения зажигания будет слишком опережать, слишком много газа сгорит, пока поршень все еще поднимается. Работа, которую необходимо совершить для сжатия этого газа, уменьшит произведенную чистую работу. Эти конкурирующие эффекты приводят к тому, что IMEP достигает максимума в зависимости от опережения зажигания.

Как видно на рис. 3, пиковое давление увеличивается с увеличением угла опережения зажигания перед верхней мертвой точкой. Максимальное давление будет достигнуто, если весь газ сгорит к моменту достижения поршнем ВМТ. Но давление уменьшается с менее опережающим опережением зажигания, потому что; газ не сгорает полностью, пока поршень не опустится на такте расширения.

Рис. 3

Взаимосвязь между температурой выхлопных газов и пиковым давлением в цилиндре в зависимости от момента зажигания при полностью открытой дроссельной заслонке; отношение эквивалентности одного

Изображение полного размера

На приведенном выше рисунке также видно, что температура выхлопных газов снижается по мере приближения к ВМТ и ВМТ. IMEP представляет собой работу, совершаемую поршнем. Температура выхлопных газов представляет собой энтальпию выхлопных газов для идеальных газов. Энтальпия является функцией только температуры, и энергия, выделяемая при сгорании топлива, должна идти на работу расширения. Температура выхлопных газов также снижается, если необходимо сохранить энергию (рис. 4).

Рис. 4

Зависимость между BMEP и моментом зажигания. Частота вращения двигателя 3400 об/мин, давление во впускном коллекторе 100 кПа

Изображение с полным размером

Результаты показывают, что BMEP увеличивается с опережением опережения зажигания. Это ожидало, что BMEP уменьшится с закрытием времени зажигания до верхней мертвой точки. Если зажигание недостаточно опережающее, поршень уже будет двигаться вниз, когда происходит большая часть сгорания. В этом случае мы теряем возможность расходовать эту порцию газа и снижаем производительность. Если зажигание слишком раннее, большая часть газа сгорит, пока поршень еще поднимается; работа, которую необходимо совершить, чтобы сжать этот газ, уменьшит произведенную чистую работу. Кроме того, результаты показывают, что максимальное значение BMEP находится в диапазоне от −21° до 41°, а максимальное значение BMEP для даты имеет момент зажигания при 31° до ВМТ.

Рисунок 5 показывает, что удельный расход топлива при торможении (BSFC) имеет тенденцию к улучшению с увеличением угла опережения зажигания до верхней мертвой точки. Следует отметить, что при увеличении BMEP обратно пропорционально увеличивается BSFC.

Рис. 5

Взаимосвязь между BSFC и опережением зажигания при 3400 об/мин и коэффициентом эквивалентности, равным единице

Изображение в натуральную величину

На рис. 6 показаны O ₂ и концентрация углеводородов в зависимости от угла опережения зажигания. Угол опережения зажигания вызывает более высокое пиковое давление в цилиндре. Это более высокое давление выталкивает больше топливно-воздушной смеси в щели (в первую очередь пространство между днищем поршня и стенками цилиндра), где пламя гасится, а смесь остается несгоревшей. Кроме того, температура в конце цикла, когда смесь выходит из этих щелей, ниже при более раннем зажигании. Более поздняя температура означает, что углеводороды и кислород не реагируют. Это увеличивает концентрацию кислорода в выхлопных газах и несгоревших углеводородов.

Рис. 6

Зависимость между O ₂ и концентрацией углеводородов в зависимости от угла опережения зажигания при 3400 об/мин и давлении во впускном коллекторе 100 кПа

Изображение в натуральную величину

Рис. Концентрация CO и HC в зависимости от момента зажигания, давления во впускном коллекторе 100 кПа и коэффициента эквивалентности, равного единице

Изображение в натуральную величину

На приведенном выше рисунке концентрации оксида углерода, кислорода и углекислого газа очень мало изменяются с изменением угла опережения зажигания в исследуемом диапазоне (рис. 7). ).

Здесь отношение эквивалентности поддерживалось постоянным и равным единице, так что кислорода было достаточно для превращения большей части углерода в CO ₂ . Концентрация CO увеличилась, а концентрация CO ₂ уменьшилась, когда не хватает кислорода. Некоторое количество угарного газа действительно появляется в выхлопных газах из-за замороженной равновесной концентрации CO, O ₂ и CO ₂ .

Рис. 8

Зависимость концентрации NO от момента зажигания. Частота вращения двигателя при 3400 об/мин и давлении во впускном коллекторе 100 кПа

Изображение полного размера

На рисунке показана зависимость концентрации NO в отработавших газах от момента зажигания. Образование NO зависит от температуры. С увеличением угла опережения зажигания пиковое давление в цилиндре увеличивается. Закон идеального газа гласит, что увеличение пикового давления должно соответствовать увеличению пиковой температуры, а более высокая температура приводит к увеличению концентрации NO (рис. 8).

Рис. 9

Зависимость между мощностью и крутящим моментом от угла опережения зажигания

Изображение полного размера

Результаты показывают, что мощность имеет тенденцию к увеличению с опережением зажигания между 17 и 35°CA до ВМТ. Ожидается, что мощность должна увеличиваться с продвижением искры до точки, а затем падать. Наилучшие характеристики достигаются, когда большая часть сгорания происходит вблизи верхней мертвой точки. Если искра недостаточно развита, поршень уже будет двигаться вниз, когда происходит большая часть сгорания. В этом случае мы теряем возможность расширять эту порцию газа на весь диапазон, снижая производительность. Если зажигание слишком раннее, слишком много газа сгорит, пока поршень все еще поднимается. В результате работа, которую необходимо совершить для сжатия этого газа, уменьшит произведенную чистую работу. Эти конкурирующие эффекты приводят к тому, что максимальная мощность зависит от опережения зажигания.

Также показывает, что крутящий момент увеличивается с увеличением опережения зажигания. Это связано с увеличением давления в такте сжатия и, следовательно, с увеличением полезной работы. Необходимо отметить, что при дальнейшем увеличении опережения зажигания крутящий момент не будет увеличиваться в основном из-за пикового давления в цилиндре в период сжатия и снижения давления в такте расширения. По этой причине определение оптимального угла опережения зажигания является одной из наиболее важных характеристик для двигателя SI (рис. 9).).

На рисунке 10 представлены прогнозируемые результаты теплового КПД в сравнении с экспериментальными данными. Тепловой КПД — это работа, деленная на потребляемую энергию. Видно, что чистая работа увеличивается с увеличением опережения зажигания до точки, а затем несколько уменьшается. Это происходит из-за увеличения трения при высоких значениях опережения зажигания и, следовательно, уменьшения полезной работы. Согласно рис. 6, наибольшее количество сети происходит при 31° СА до ВМТ.

Рис. 10

Зависимость КПД от момента зажигания

Изображение в натуральную величину

Заключение

Целью данной статьи было изучение влияния угла опережения зажигания в двигателе с искровым зажиганием, использующего различные начальные моменты времени и обороты двигателя, на характеристики двигателя экспериментально. Общие результаты показывают, что угол опережения зажигания можно использовать как альтернативный способ прогнозирования работы двигателей внутреннего сгорания. В этой работе наилучшие результаты были получены при 31°ВМТ для 3400 об/мин. Также было обнаружено, что частота вращения двигателя и положение дроссельной заслонки значительно влияют на характеристики этого двигателя. Объемный КПД, BMEP увеличивались с увеличением угла опережения зажигания. HC с увеличением опережения зажигания, O ₂ , CO ₂ , содержание CO было почти постоянным, а наименьшее количество NOx было получено при 10°БМТ. Для будущей работы рекомендуется управлять синхронизацией зажигания и фаз газораспределения вместе и изменять положение дроссельной заслонки на разных скоростях.

Ссылки

1. Голку М., Секмен Ю., Салман М.С. (2005) Моделирование на основе искусственных нейронных сетей изменения фаз газораспределения в двигателе с искровым зажиганием. Applied Energy 81:187–197

   Статья

   Google Scholar

2. Чан С.Х., Чжу Дж. (2001) Моделирование. Int J Therm Sci 40(1):94–103

   Статья
   MathSciNet

   Google Scholar

3. Soylu S, Van Gerpen J (2004) Разработка основанных на опыте подмоделей скорости горения для двигателя, работающего на природном газе. Energy Convers Manage 45 (№ 4): 467–481. doi:10.1016/S0196-8904(03)00164-X

   Статья

   Google Scholar

4. Чан С.Х., Чжу Дж. (2001) Моделирование термодинамики цилиндров двигателя при высоких значениях задержки зажигания. Int J Therm Sci 40 (1): 94–103

   Артикул
   MathSciNet

   Google Scholar

5. Soylu S, Van Gerpen J (2004) Разработка основанных на опыте подмоделей скорости горения для двигателя, работающего на природном газе. Energy Convers Manage 45(4):467–481

   Статья

   Google Scholar

6. Фергюсон К.Р., Крикпатрик А.Т. (2001) Двигатели внутреннего сгорания — Прикладные тепловые науки. Уайли, Нью-Йорк

   Google Scholar

7. Choia GH, Chungb YJ, Hanc SB (2005) Рабочие характеристики и характеристики выбросов двигателя внутреннего сгорания на сжиженном нефтяном газе, обогащенном водородом, при 1400 об/мин. Int J Hydrogen Energy 30:77–82

   Статья

   Google Scholar

8. Тетер В. Д. (2007 г.) Профессор приборостроения и управления, Департамент гражданского строительства, Инженерный колледж, Университет штата Делавэр. Раздел 16

9. Публикация UKAS M 3003 (1997) Выражение неопределенности и уверенности в измерении. Выпуск 1, декабрь. измерения, 2-е издание, University Science Books

10. «>

    Bevington PR, Robinson DK (1992) Сокращение данных и анализ ошибок для физических наук, 2-е издание, WCB/McGraw-Hill

СПРАВЕДЕНИЯ СПИСАВКИ

Информация о авторе

Авторы и принадлежности

1. Кафедра автомобилей, Иранский университет науки и технологии, Техран, Иран

   J. Zareei & A. H. Kakae. Zareei

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в
   PubMed Google Scholar

2. A. H. Kakaee

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в
   PubMed Google Scholar

Автор, ответственный за корреспонденцию

Дж. Зари.

Права и разрешения

Открытый доступ Эта статья распространяется в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает любое использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора (авторов) и источника.

Перепечатка и разрешения

Об этой статье

Эффекты реактивности топлива и стратегии впрыска

2021-03-10

Это также появляется в

Международный журнал SAE по устойчивому транспорту, энергетике, окружающей среде и политике-V130-13EJ

В этом исследовании исследуется реактивность топлива и влияние стратегии впрыска топлива на воспламенение от сжатия бензина (GCI) с использованием третьего поколения (Gen3) бензинового двигателя с воспламенением от сжатия (GDCI) с непосредственным впрыском топлива и степенью сжатия 14,3. Путем изменения стратегии впрыска топлива были изучены три режима сгорания GCI, включая раннее воспламенение от сжатия с частичным предварительным смешиванием (PPCI), позднее PPCI и PPCI-диффузионное. Стратегия двойного впрыска использовалась во всех трех режимах сгорания. При ранней и поздней ЧКВ первый впрыск происходил в такте впуска, а начало второго впрыска варьировалось в такте сжатия. Напротив, в режиме PPCI-диффузии оба впрыска происходили в такте сжатия, а второй впрыск происходил вблизи верхней мертвой точки сжатия (ВМТ).

Исследование проводилось при 1500 об/мин/6 бар IMEPg. Сначала оценивали влияние реактивности топлива на двух бензинах с исследовательским октановым числом (ОЧИ) 80 и 92. Затем, используя бензин ОЧИ-92, исследовали влияние стратегии впрыска топлива. Было обнаружено, что по сравнению с бензином с октановым числом 80 бензин с октановым числом 92 требует более высокого наддува для достижения правильного сгорания PPCI и значительно более высоких потерь при сгорании, что приводит к ухудшению эффективности использования топлива. Что касается эффектов стратегии впрыска топлива, ранний PPCI обеспечивал высокую эффективность использования топлива с низким уровнем выбросов оксидов азота (NOx) и сажи, но это происходило за счет высоких выбросов углеводородов (HC) и моноксида углерода (CO). Напротив, ППКИ-диффузия привела к резкому снижению потерь при сгорании, чем как ранняя, так и поздняя ППКИ.