Визначення характеристик раціонального регулювання складу бензоповітряної суміші в двотактному двигуні з внутрішнім сумішоутворенням

Автор(и)

  • Volodymyr Korohodskyi Харківський національний автомобільно-дорожній університет вул. Ярослава Мудрого, 25, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0002-1605-4631
  • Sviatoslav Kryshtopa Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, Україна, 76019, Україна https://orcid.org/0000-0001-7899-8817
  • Vasiliy Migal Харківський національний технічний університет сільського господарства ім. Петра Василенка вул. Алчевських, 44, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0002-2308-760X
  • Andrii Rogovyi Харківський національний автомобільно-дорожній університет вул. Ярослава Мудрого, 25, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0002-6057-4845
  • Andrii Polivyanchuk Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова вул. Маршала Бажанова, 17, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0002-9966-1938
  • Georgiy Slyn’ko Національний університет «Запорізька політехніка» вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063, Україна https://orcid.org/0000-0002-1954-8530
  • Volodymyr Manoylo Харківський національний технічний університет сільського господарства ім. Петра Василенка вул. Алчевських, 44, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0003-2208-4404
  • Oleh Vasylenko Український державний університет залізничного транспорту пл. Фейєрбаха, 7, м. Харків, Україна, 61050, Україна https://orcid.org/0000-0002-6770-0955
  • Oleksandr Osetrov Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0002-5495-9626

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.200766

Ключові слова:

двигунів з іскровим запалюванням, робочий процес, внутрішнє сумішоутворення, паливоповітряна суміш

Анотація

Розроблено робочий процес для двигунів з іскровим запалюванням і безпосереднім впорскуванням палива, що забезпечує організацію розшарованого збідненого паливоповітряного заряду на часткових навантаженнях та потужносного складу паливоповітряної суміші на підвищених навантаженнях.

Проведена модернізація конструкції двотактного двигуна з іскровим запалюванням шляхом установки системи безпосереднього впорскування палива, розміщення форсунки в стінці циліндра і зміни форми камери згоряння.

Розроблено методику проведення регулювальних характеристик за складом паливоповітряної суміші в циліндрі двотактного двигуна з іскровим запалюванням. Особливістю методики є реєстрація параметрів і показників двигуна при постійній цикловій подачі палива та регулюванні повітря на впуску. Запропонована методика дозволяє точніше регулювати склад паливоповітряної суміші завдяки більш точному дозуванню повітря, ніж циклової подачі палива.

Проведено експериментальні дослідження і побудовано регулювальні характеристики за складом паливоповітряної суміші в циліндрі двотактного двигуна з розробленим робочим процесом.

Побудовано навантажувальні характеристики (n=3000 хв-1) раціонального регулювання за граничною економічністю та максимальною потужністю на базі даних регулювальних характеристик за складом паливоповітряної суміші.

Встановлено, що за навантажувальною характеристикою раціонального регулювання економічного складу паливоповітряної суміші в циліндрі двигуна (λцил. ек) змінюється від 1,31 до 1,94, а мінімальна витрата палива становить ge min=259 г/(кВт·год).

За навантажувальною характеристикою раціонального регулювання потужносного складу паливоповітряної суміші в циліндрі двигуна (λцил. п) змінюється від 1,31 до 1,7, а витрата палива на часткових навантаженнях становить ge=270 г/(кВт·год).

Характеристики за витратою повітря в залежності від циклової подачі палива можуть бути використані для зміни складу паливоповітряної суміші при автоматичному регулюванні навантаження двигуна

Біографії авторів

Volodymyr Korohodskyi, Харківський національний автомобільно-дорожній університет вул. Ярослава Мудрого, 25, м. Харків, Україна, 61002

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра двигунів внутрішнього згоряння

Sviatoslav Kryshtopa, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, Україна, 76019

Доктор технічних наук, професор

Кафедра автомобільного транспорту

Vasiliy Migal, Харківський національний технічний університет сільського господарства ім. Петра Василенка вул. Алчевських, 44, м. Харків, Україна, 61002

Доктор технічних наук, професор

Кафедра тракторів і автомобілів

Andrii Rogovyi, Харківський національний автомобільно-дорожній університет вул. Ярослава Мудрого, 25, м. Харків, Україна, 61002

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра теоретичної механіки та гідравліки

Andrii Polivyanchuk, Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова вул. Маршала Бажанова, 17, м. Харків, Україна, 61002

Доктор технічних наук, професор

Кафедра інженерної екології міст

Georgiy Slyn’ko, Національний університет «Запорізька політехніка» вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063

Доктор технічних наук, професор

Кафедра двигунів внутрішнього згорання

Volodymyr Manoylo, Харківський національний технічний університет сільського господарства ім. Петра Василенка вул. Алчевських, 44, м. Харків, Україна, 61002

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра тракторів і автомобілів

Oleh Vasylenko, Український державний університет залізничного транспорту пл. Фейєрбаха, 7, м. Харків, Україна, 61050

Кандидат технічних наук, старший викладач

Кафедра теплотехніки, теплових двигунів та енергетичного менеджменту

Oleksandr Osetrov, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра двигунів внутрішнього згоряння

Посилання

  1. International Energy Outlook 2019 with projections to 2050. U.S. (2019). Energy Information Administration. Available at: https://www.eia.gov/outlooks/ieo/pdf/ieo2019.pdf
  2. Panchuk, M., Kryshtopa, S., Panchuk, A., Kryshtopa, L., Dolishnii, B., Mandryk, I., Sladkowski, A. (2019). Perspectives for developing and using the torrefaction technology in Ukraine. International Journal of Energy for a Clean Environment, 20 (2), 113–134. doi: https://doi.org/10.1615/interjenercleanenv.2019026643
  3. World Energy Outlook 2019 (2019). International Energy Agency, 810.
  4. Panchuk, M., Kryshtopa, S., Shlapak, L., Kryshtopa, L., Panchuk, A., Yarovyi, V., Sładkowski, A. (2018). Main trends of biofuels production in Ukraine. Transport Problems, 12 (4), 15–26. doi: https://doi.org/10.20858/tp.2017.12.4.2
  5. Kryshtopa, S., Kryshtopa, L., Melnyk, V., Dolishnii, B., Prunko, I., Demianchuk, Y. (2017). Experimental research on diesel engine working on a mixture of diesel fuel and fusel oils. Transport Problems, 12 (2), 53–63. doi: https://doi.org/10.20858/tp.2017.12.2.6
  6. Liu, W. (2017). Energy Management Strategies for Hybrid Electric Vehicles. Hybrid Electric Vehicle System Modeling and Control, 243–287. doi: https://doi.org/10.1002/9781119278924.ch6
  7. Polivyanchuk, A., Ahieiev, M., Kagramanian, A., Baranovskis, A., Samarin, O. (2020). Features of Environmental Diagnostics of Heat Motors and Boiler Plants by Information Methods. Lecture Notes in Intelligent Transportation and Infrastructure, 360–367. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-39688-6_45
  8. Kryshtopa, S., Panchuk, M., Kozak, F., Dolishnii, B., Mykytii, I., Skalatska, O. (2018). Fuel economy raising of alternative fuel converted diesel engines. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (8 (94)), 6–13. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.139358
  9. Dumenko, P., Kravchenko, S., Prokhorenko, A., Talanin, D. (2019). Formation and Study of Static and Dynamic Characteristics of Electronically Controlled Diesel Engine. Latvian Journal of Physics and Technical Sciences, 56 (2), 12–23. doi: https://doi.org/10.2478/lpts-2019-0009
  10. Prohorenko, A., Dumenko, P. (2018). Software Algorithm Synthesis for Diesel Electronic Control Unit. Latvian Journal of Physics and Technical Sciences, 55 (3), 16–26. doi: https://doi.org/10.2478/lpts-2018-0017
  11. Nüesch, T., Elbert, P., Flankl, M., Onder, C., Guzzella, L. (2014). Convex Optimization for the Energy Management of Hybrid Electric Vehicles Considering Engine Start and Gearshift Costs. Energies, 7 (2), 834–856. doi: https://doi.org/10.3390/en7020834
  12. Polivyanchuk, A., Gritsuk, I., Skuridina, E. (2019). Improving the accuracy of the gravimetric method for control particulate matter in diesel exhaust. New Stages of Development of Modern Science in Ukraine and EU Countries. doi: https://doi.org/10.30525/978-9934-588-15-0-59
  13. Kryshtopa, S., Melnyk, V., Dolishnii, B., Korohodskyi, V., Prunko, I., Kryshtopa, L. et. al. (2019). Improvement of the model of forecasting heavy metals of exhaust gases of motor vehicles in the soil. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (10 (100)), 44–51. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.175892
  14. Arena, F., Mezzana, L. (2014). The Automotive CO2 Emissions Challenge. 2020 Regulatory Scenario for Passenger Cars. Arthur D. Little. Available at: https://www.adlittle.com/sites/default/files/viewpoints/ADL_AMG_2014_Automotive_CO2_Emissions_Challenge.pdf
  15. Meyer, S., Kölmel, A., Gegg, T., Trattner, A., Grassberger, H., Schögl, O. et. al. (2015). Advantages and challenges of lean operation of two-stroke engines for hand-held power tools. 15. Internationales Stuttgarter Symposium, 247–261. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-658-08844-6_17
  16. Kryshtopa, S., Panchuk, M., Dolishnii, B., Kryshtopa, L., Hnyp, M., Skalatska, O. (2018). Research into emissions of nitrogen oxides when converting the diesel engines to alternative fuels. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (10 (91)), 16–22. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.124045
  17. Marouf Wani, M., Mursaleen, M., Parvez, S. (2013). Investigations on a Two Stroke Cycle Spark Ignition Engine Using Gasoline Direct Injection. Energy and Power, 2 (7), 116–122. doi: https://doi.org/10.5923/j.ep.20120207.01
  18. Mattarelli, E., Rinaldini, C. A. (2015). Two-Stroke Gasoline Engines for Small-Medium Passenger Cars. SAE Technical Paper Series. doi: https://doi.org/10.4271/2015-01-1284
  19. Zhang, Y., Zhao, H. (2014). Optimisation of boosting strategy for controlled auto-ignition combustion in a four-valve camless gasoline direct injection engine running in two-stroke cycle. International Journal of Engine Research, 15 (7), 850–861. doi: https://doi.org/10.1177/1468087413519991
  20. Wang, X., Ma, J., Zhao, H. (2017). Analysis of scavenge port designs and exhaust valve profiles on the in-cylinder flow and scavenging performance in a two-stroke boosted uniflow scavenged direct injection gasoline engine. International Journal of Engine Research, 19 (5), 509–527. doi: https://doi.org/10.1177/1468087417724977
  21. Zhang, G., Xu, M., Zhang, Y., Hung, D. L. S. (2012). Characteristics of Flash Boiling Fuel Sprays from Three Types of Injector for Spark Ignition Direct Injection (SIDI) Engines. Proceedings of the FISITA 2012 World Automotive Congress, 443–454. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-642-33841-0_33
  22. Zhang, Y., Zhao, H., Ojapah, M., Cairns, A. (2013). CAI combustion of gasoline and its mixture with ethanol in a 2-stroke poppet valve DI gasoline engine. Fuel, 109, 661–668. doi: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2013.03.002
  23. Wang, X., Zhao, H., Xie, H. (2016). Effect of dilution strategies and direct injection ratios on stratified flame ignition (SFI) hybrid combustion in a PFI/DI gasoline engine. Applied Energy, 165, 801–814. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.12.116
  24. Mahmoudzadeh Andwari, A., Pesyridis, A., Esfahanian, V., Said, M. (2019). Combustion and Emission Enhancement of a Spark Ignition Two-Stroke Cycle Engine Utilizing Internal and External Exhaust Gas Recirculation Approach at Low-Load Operation. Energies, 12 (4), 609. doi: https://doi.org/10.3390/en12040609
  25. Andwari, A. M., Abdul Aziz, A., Muhamad Said, M. F., Esfahanian, V. et. al. (2017). Effect of internal and external EGR on cyclic variability and emissions of a spark ignition two-stroke cycle gasoline engine. Journal of mechanical engineering and sciences, 11 (4), 3004–3014. doi: https://doi.org/10.15282/jmes.11.4.2017.4.0270
  26. Gombosuren, N., Yoshifumi, O., Hiroyuki, A. (2020). A Charge Possibility of an Unfueled Prechamber and Its Fluctuating Phenomenon for the Spark Ignited Engine. Energies, 13 (2), 303. doi: https://doi.org/10.3390/en13020303
  27. Wang, X., Zhao, H. (2019). A High-Efficiency Two-Stroke Engine Concept: The Boosted Uniflow Scavenged Direct-Injection Gasoline (BUSDIG) Engine with Air Hybrid Operation. Engineering, 5 (3), 535–547. doi: https://doi.org/10.1016/j.eng.2019.03.008
  28. Schnittger, W., Königstein, A., Pritze, S., Pöpperl, M., Rothenberger, P., Samstag, M. (2003). 2.2 Direct Ecotec. MTZ Worldwide, 64 (12), 2–7. doi: https://doi.org/10.1007/bf03227635
  29. Voss, E., Schmittger, W., Königstein, A., Scholten, I., Pöpperl, M., Pritze, St., Rothenberger, P., Samstag, M. (2003). 2,2 l ECOTEC DIRECT – Der neue Vollaluminiummotor mit Benzindirekteinspritzung für den Opel Signum. 24. Internationales Wiener Motorensymposium.
  30. Krebs, R., Böhme, J., Dornhöfer, R., Wurms, R., Friedmann, K., Helbig, J., Hatz, W. (2004). Der neue Audi 2,0T FSI Motor Der erste direkteinspritzende Turbo Ottomotor bei Audi. 25. Wiener Motorensymposium. Available at: https://www.tib.eu/en/search/id/dkf%3A0409DKF189515/Der-neue-Audi-2-0T-FSI-Motor-Der-erste-direkteinspritzende/
  31. Jägerbauer, E., Fröhlich, K., Fischer, H. (2003). Der neue 6,0-l-Zwölfzylindermotor von BMW. MTZ - Motortechnische Zeitschrift, 64 (7-8), 546–555. doi: https://doi.org/10.1007/bf03227108
  32. Tsuji, N., Sugiyama, M., Abe, S. (2006). Der neue 3.5L V6 Benzinmotor mit dem innovativen stöchiometrischen Direkteinspritzsystem D-4S. 27. Internationales Wiener Motorensymposium.
  33. Kettner, M., Fischer, J., Nauwerck, A., Spicher, U., Velji, A., Kuhnert, D., Latsch, R. (2003). Ein neues Brennverfahren mit Mehrfacheinspritzung für Ottomotoren mit Direkteinspritzung. 9. Tagung: Der Arbeitsprozess des Verbrennungsmotors. Available at: http://www.sfb606.kit.edu/index.pl/Haupt_Menu_Forschungsprogramm_M08/projekte/c3/Veroeffentlichung/Sept2003_BPi.pdf
  34. Kettner, M., Fischer, J., Nauwerck, A., Tribulowski, J., Spicher, U., Velji, A. et. al. (2004). The BPI Flame Jet Concept to Improve the Inflammation of Lean Burn Mixtures in Spark Ignited Engines. SAE Technical Paper Series. doi: https://doi.org/10.4271/2004-01-0035
  35. Herden, W., Vogel, M. (2002). Visionen idealer strahlgeführter BDE-Brennverfahren. Dieselund Benzindirekteinspritzung. Essen: Expert-Verlag.
  36. Kemmler, R., Frommelt, A., Kaiser, T., Schaupp, U., Schommers, J., Waltner, A. (2002). Thermodynamischer Vergleich ottomotorischer Brennverfahren unter dem Fokus minimalen Kraftstoffverbrauchs. 11. Aachener Kolloquium Fahrzeug- und Motorentechnik.
  37. Specifications engines Evinrude® E-TEC® G2™ 200 HO, 225 HP, 225 HO, 250 HP, 250 HO, 300 HP. Fuel inductions: E-TEC Direct Injection with stratified low RPM combustion mode / Bombardier Recreational Products Inc. 2003-2015. Available at: http://www.evinrude.com/en-US/engines/e-tec-g2/200-ho-300-hp.html#tab=0
  38. Technical Details ROTAX 600 E-TEC. Available at: https://www.rotax.com/en/products/rotax-powertrains/details/rotax-600-ho-e-tec.html
  39. Arcoumanis, C., Kamimoto, T. (Eds.) (2009). Flow and Combustion in Reciprocating Engines. Springer. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-540-68901-0
  40. Schumann, F., Sarikoc, F., Buri, S., Kubach, H., Spicher, U. (2012). Potential of spray-guided gasoline direct injection for reduction of fuel consumption and simultaneous compliance with stricter emissions regulations. International Journal of Engine Research, 14 (1), 80–91. doi: https://doi.org/10.1177/1468087412451695
  41. Korogodskyj, V. A., Kyrylyuk, I. O., Lomov, S. G. (2007). Pat. No. WO2009044225A1. A Method of Mixing in a Combustion Chamber of an Internal Combustion Engine and a Spark-Ignition Direct-Injection Stratified Fuel-Air Charge Internal Combustion Engine. No. PCT/IB 2007/004105; declareted: 03.10.2007; published: 09.04.2009. Available at: https://patentimages.storage.googleapis.com/71/bb/f0/2d600f599211e0/WO2009044225A1.pdf
  42. Korohodskyi, V., Khandrymailov, A., Stetsenko, O. (2016). Dependence of the coefficients of residual gases on the type of mixture formation and the shape of a combustion chamber. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (5 (79)), 4–12. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.59789
  43. Reif, K. (Ed.) (2015). Ottomotor-Management im Überblick. Springer. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-658-09524-6
  44. Pesiridis, A. (Ed.) (2014). Automotive Exhaust Emissions and Energy Recovery. En-vironmental, Science, Engineering and Technology. N.Y.: Nova Science Publ. Inc., 293. Available at: https://novapublishers.com/shop/automotive-exhaust-emissions-and-energy-recovery/
  45. Korohodskyi, V. A., Vasylenko, O. V., Tsykra, S. A., Oboznyi, S. V. (2010). Eksperymentalne vyznachennia koefitsienta vytoku robochoho tila pry produvtsi tsylindra u dvotaktnomu dvyhuni z iskrovym zapaliuvanniam. Zbirnyk naukovykh prats UkrDAZT, 112, 203–208.
  46. Martyr, A., Plint, M. (2012). Engine Testing: The Design, Building, Modification and Use of Powertrain Test Facilities. Butterworth-Heinemann, 600. doi: https://doi.org/10.1016/c2010-0-66322-x
  47. Rogovyi, A. (2018). Energy performances of the vortex chamber supercharger. Energy, 163, 52–60. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.08.075
  48. Van Basshuysen, R., Schäfer, F. (Eds.) (2017). Handbuch Verbrennungsmotor. Grundlagen, Komponenten, Systeme, Perspektiven. Springer. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-658-10902-8
  49. Reif, K. (Ed.) (2015). Gasoline Engine Management Systems and Components. Springer. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-658-03964-6
  50. Song, J., Kim, T., Jang, J., Park, S. (2015). Effects of the injection strategy on the mixture formation and combustion characteristics in a DISI (direct injection spark ignition) optical engine. Energy, 93, 1758–1768. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2015.10.058
  51. Korogodskiy, V. A., Vasilenko, O. V. (2007). The defenition of combustion parameters under indicator diagrams of a two-stroke engine with the carburettor and direct fuel ingection. Visnyk Kharkivskoho natsionalnoho avtomobilno-dorozhnoho universytetu, 37, 60–67. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/opredelenie-pokazateley-sgoraniya-po-indikatornym-diagrammam-dvuhtaktnogo-dvigatelya-s-karbyuratorom-i-neposredstvennym-vpryskom
  52. Korohodskiy, V. A., Stetsenko, O. N., Tkachenko, E. A. (2015). The influence stratification of fuel and air charge on combustionindicators two-stroke engines with spark ignition. Zbirnyk naukovykh prats UkrDUZT, 154, 142–148. Available at: http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:aE7Jtb7Nqr4J:irbis-nbuv.gov.ua/cgi-bin/irbis_nbuv/cgiirbis_64.exe%3FC21COM%3D2%26I21DBN%3DUJRN%26P21DBN%3DUJRN%26IMAGE_FILE_DOWNLOAD%3D1%26Image_file_name%3DPDF/Znpudazt_2015_154_25.pdf+&cd=2&hl=ru&ct=clnk&gl=ua

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-04-30

Як цитувати

Korohodskyi, V., Kryshtopa, S., Migal, V., Rogovyi, A., Polivyanchuk, A., Slyn’ko, G., Manoylo, V., Vasylenko, O., & Osetrov, O. (2020). Визначення характеристик раціонального регулювання складу бензоповітряної суміші в двотактному двигуні з внутрішнім сумішоутворенням. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(5 (104), 39–52. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.200766

Номер

Розділ

Прикладна фізика