Otto döngüsü, yakıt tüketiminin verimliliğini optimize etmek ve sera gazı emisyonlarını azaltmak için baskın termodinamik döngüsü kalır, bu faktörleri deneysel olarak değerlendirmek ve tüm dünyada ışık kaynaklı araçların çoğunluğunu geliştirmek.Süresel olarak ölçümleme oranları, ateşleme süresi, hava yakıt tüketimi ve daha düşük emisyonlar için kritiktir.

Otto Döngüsü Verimliliğinin Temelleri

İdeal bir Otto döngüsünün termal verimliliği formülü tarafından verilir:

[FONT:0] [[Dönemli: 1)[[*)[[*))[[*)))[[*))

[FONT:0]r[DÜDÜT:1], sıkıştırma oranı ve [[Dönetici:2) ⁇ [DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜ)) Bu gerçek enerji verimliliğin yüksek sıkıştırma oranlarıyla artış gösterdiğini ve çalışan sıvının özelliklerini doğruladığını gösteriyor.

Gerçek Otto döngüsü verimliliğini etkileyen önemli faktörler şunlardır:

  • [FONT=0)Compression oranı[[Dönemli: 1 ) – nakavt (abnormal yanma) ile sınırlı.
  • [FONT=0) Hava yakıt oranı[[[DÜT:1] - stoichiometrik karışımlar yüksek güç verir, yalın karışımlar termal verimliliği artırır
  • [FONT=0)Ignition zamanlama[[Dönlendirme:0)[Dönlendirme süresi[Dönlendirme)[0]
  • [FONT:0)Mühendis hız ve yük - orta hızlarda verimlilik zirveleri ve yüksek yük yükleri
  • [FONT:0]Heat transfer[[DÜT:1] - serin ve egzoz için kayıplar net iş yükünü azaltır
  • [FONT:0)Blow-by) - geçmiş piston halkalarından kaçan gazlar daha düşük etkili sıkıştırmalı

Bu temelleri anlamak, laboratuvar deneylerinin belirli verimlilik-enerji mekanizmaları hedeflemesine olanak sağlar.

Laboratuvar Apparatus ve Instrumentation

Tipik bir Otto- döngüsü laboratuvarı test hücresi, bir test yatağına monte edilmiş bir motordan oluşur, yükleme ve fren tokunu ölçmek için bir dynamometre ve yüksek hızlı bir veri satın alma sistemi için kapsamlı bir sensör paketi. Aşağıdaki bileşenler doğru verimlilik ölçümleri için önemlidir:

Dynamometre Sistemleri

[FONT:0]Eddy-current[[[Dönetici:2) ve [DDDDDDDDDDD:0)Eddy-current birimleri, motordan gelen en yaygın olarak enerjidir, ancak AC motor dynamometreler motoru (gönüllü ölçüm için) ve güçlendiricileri doğrudan etkiler; hassas yük hücreleri veya su geçirmez ton tonlar kullanılır. Dynamometreler kontrol sistemleri sürekli hız veya yük devreleri kapalı-loop PID kontrolörleri ile sabit hız sağlar.

Silindir Basınç Transducers

Piezoelektrik basıncı transdüserleri, yüksek hızda yüksek çözünürlükte baskı ölçümlerini elde etmek için standarttır. silindir başında şişeli kızarmış, bu transdüserler minimum termal sürüklenme ile anlık baskı yapmak için bir şarj edilebilir.Sorular genellikle düşük çözünürlükte (örneğin, alt merkezde) için referanslıdır.

Anahtar özellikler: doğal frekans vegt; 100 kHz, ±0.5% içinde lineerlik ve 400 °C'ye kadar işletim sıcaklığı, KARC, AVL ve PCB Piezotronics içerir.

Crank Angle Encoder

Crankshaft üzerinde optik veya manyetik bir encoder, baskı örneklemelerini tetiklemek ve yanma olayları ile uyumlu hale getirmek için kullanılan crank açısı sinyalini sağlar. Yüksek çözünürlüklü encoders (3600 veya 7200 puls per Revolution) hassas fasing sağlar, ki bu da ısı serbest bırakma analizi için kritiktir. TDC (toprak merkezi) işareti genellikle motora yakıt olmadan yapılır ve üst düzey motor bulma sağlar.

Akış ölçüm

Belirli yakıt tüketimi (BSFC) ve verimliliği hesaplamak için doğru yakıt tüketimi gereklidir. Coriolis kütle akışı metreler tercih edilir çünkü doğrudan kitlesel akışı ölçüp yoğunluk veya visity varyasyonları hassastır. Gravimetric sistemleri (zaman yakıt kütlesini artırmak) aynı zamanda istikrarlı devlet testlerinde de kullanılır.

Air Intake Ölçümü

Motora hava kütle akışı, laminar akış elementleri, sonlu nozullar veya termal kütle akışı metre olarak ölçülmektedir. Hava yakıt oranı, egzozdaki geniş bir bantlı körü sensörü ile bağımsız olarak doğrulanabilir. Precise hava ölçümü, hacimsel verimlilik hesaplamaları için gereklidir ve ısı girişinin yakıtdan belirlenmesi için gereklidir.

Sıcaklık ve Emisyon Sensörleri

Termo çiftleri (tip K veya T) soğuk ısıları/outlet sıcaklıklarını, petrol ısısını, hava sıcaklıklarını ve egzoz gaz sıcaklıklarını değerlendirmek için soğuk ısıları izlemek (0.5 mm çapında) egzoz sıcaklık izlerinin kullanımı için kullanılır. Emisyonlar CO2, HC, NOx ve O2 yanma kalitesini değerlendirmek ve karbon-balance yakıt tüketiminin geçerliliğini sağlamak için.

Data Acquisition System

Birden fazla kanalda eşzamanlı örnekleme ile yüksek hızlı DAQ sistemi, silindir baskı, encoder ve yardımcı sensör sinyalleri. 100 kHz veya kanal başına daha fazla bilgi için otomatik olarak sürümleme, KNT KiBox veya özel Ulusal Instruments LabVIEWs gerçek zamanlı ekranla çalışır, birçok döngüyü (tipik olarak 100-300 döngüyü ifade eden veriler için) ve post-işlemleme paketleri.

Verimlilik Ölçümü için Deneysel Yöntemler

Otto döngüsü verimliliğinin laboratuar testleri üç birincil yönteme dayanıyor: belirtilen verimlilik, fren verimliliği ve ısı dengesi analizi. Her biri enerjinin kaybolduğu yere farklı bir bakış açısı sunuyor.

Indicated Verimlilik Ölçümü

İndik verimlilik, sıkıştırma ve genişleme sırasında pistondaki gazlar tarafından yapılan çalışmalara dayanıyor - [[ŞUygunluk çalışması[Dönemli çalışma)[[Dönemli çalışma # 1 ). Bu, döngünün kapalı kısmını tamamlamakla elde edilir.

[FONT:0)W[Dönem:2) = ⁇ p·dV).

p'nin anlık silindir basıncı (kPa) ve V silindir hacmi (m3). Bütünleşme genellikle kapak kapatma (IVC) ile egzoz valf açma (EVO) yapılır. Sonuç, brüt belirtilen çalışmadır.

Daha sonra, genişletilmiş termal verimlilik:

[FONT:0] [DÜDÜDÜDÜDÜ:2)[Üye: 3)[Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye)[Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye)

m)f, döngü başına yakıt kütle ve LHV daha düşük ısıtma değeridir. Bu yöntem, mekanik sürtünmeden gelen döngünün termodinamik performansını izole eder, doğrudan bir yanma ve gaz değişimi verimliliğini sağlar.

Hatanın kaynakları şunları içerir: baskı transducer kalibrasyonu sürüklenme, fasing hataları (TDC dengeleme), ve yanma sırasında termal şok. Modern uygulama motorunu kullanarak termodinamik TDC kararlılık yöntemi uygular ve TDC'yi politropik olarak kompresyon maçları sırasında dengelemek için ayarlar.

Fren Verimliliği Testi

Fren verimliliği, Crankshaft'da teslim edilen gerçek kullanılabilir iş çıktısını temsil eder. Frenk T (N·m) ve motor hızı N (mal):

[FONT=0)Brake gücü Pb) = 2 ⁇ N·T / 60 (kW)).

Fren termal verimliliği:

[FONT:0] ⁇ [DÜDÜT:2)[DÜDÜDÜDÜDÜDÜ:0)[Üye Olmayanlar[Üyeler)[Üye Olmayanlar[Üyeler)

⁇ [DÜ:0)f) yakıt kütle akışı oranı (kg/s) Fren verimliliği her zaman belirtilen verimlilikten daha düşük çünkü sürtünme ve aksesuar kayıpları içerir.

[FONT:0)Friction, etkili baskı anlamına gelir (FMEP)[Dönetici:0)) ve frenleme, silindir basıncı etkileri nedeniyle mekanik kayıpları tespit eder.

Standart test prosedürleri (örneğin, SAE J1349), farklı test hücresi koşulları ile fren güç ölçümlerini normalleştirmek için çevresel koşullar için düzeltme faktörleri belirtir.

Heat Balance and Energy Dağıtım

Yakıt enerji girişi ve bölmeleri için enerji dengesi (ilk hukuk analizi) hesapları fren çalışması arasında, ısı reddedilmesi serin, egzoz entalpi ve hesapsız kayıplar (radaj, konvective ve retorik enerji).

  • Yakıt enerji girişi ( ⁇ )f).
  • Fren çalışma çıktı (dynamometreden)
  • Coolant ısı reddedilmesi (soğuk akış oranı × sıcaklık artışı × özel ısı)
  • Eğlenme gaz entalpy (küresel kitlesel akış × belirli ısı × sıcaklık farkı ortamından)
  • Petrol soğutucu ısı reddedilmesi (eğer petrol soğutma devresi ayrı)

Bu analiz, hangi alt sistem geliştirmek için paha biçilmezdir - eğer serin kayıplar yüksekse, yanmalı hidrokarbonlar, eksik yanma ve radyasyon ile kaybedilen ısıyı içerir.

In-Cylinder Heat Release Analysis

Silindir basıncı izi, ESRAT:0) ebeveyn ısı salıverme oranı (HRR)) veya çok fazla bölge termodinamik modeli kullanarak hesaplanabilir. Standart Rassweiler-Withrow yöntemi veya ilk yasa tabanlı yaklaşım (örneğin, yanma süresi, yüksek bir HRR ve kısa süre sonra (% 10) yüksek oranda (ortalama) (ortalama) (ortalama) (ortalama) (ortalama) ile birlikte ısınır) ısı geçişi sağlar.

Heat release analysis ayrıca [[0)bustion kayıpları ) de ölçtü - enerji eksik yanma ve dissociasyon nedeniyle serbest bırakılmadı. Teorik yakıt enerji girdisine karşılaştırıldığında, bu da modern motorlarda genellikle %98'i aştı.

Data Acquisition and Processing

A robust data acquisition protocol is essential for repeatable and accurate efficiency measurements. Key considerations include:

  • [FONT:0]Cycle averaging[[Dönetici:2) Birden fazla ardışık döngüden gelen basınç verileri (100-300) her bir crank açısında, çevrimsel değişkenliği azaltmak için bir araya gelir. (COV).IMEP)
  • [FONT:0]Phasing düzeltmesi[[Dönetici: 1 ) - TDC pozisyonu doğru şekilde belirlenmelidir. Ortak bir yöntem: motorsuz basınç izi kaydı ve termodinamik bir düzeltme uygulayın (örneğin, politropic exponent arasındaki farkı sıkıştırma ve genişleme ile ilgili olarak minimuma indirme).
  • [FONT:0) Direktif ve gürültü çıkarma[Dönetici:0) - Basınç transdüserleri, transdüser'i yakma odasına bağlayan geçişte (önemli olarak 5-10 kHz kesintiye uğratılabilir) veya çoklu geçiş analog filtreler bunu azaltır.
  • [FONT:0)Reference basıncı kalibrasyonu[Dönetici:0)[[Dönetici:0)))))) - Piezoelektrik sensörleri mutlak baskıyı ölçmezler; pegging gerektirir.Bir ortak yöntem, satın alma valfinde basınçtan kapanmaya eşit olarak, bir ayrı bir MAP sensörü tarafından sigortalanır.
  • [FONT:0]Uncertainty analizi[[Döntgen: 1) - Her ölçümlü miktar (tork, hız, baskı, yakıt akışı, sıcaklık) bu verimliliği hesaplamaları ile telafi eder (örneğin, Kline-McClintock yöntemi kullanarak) güven aralıkları sağlar.

Gelişmiş Deneysel Teknikler

Standart belirtilmiş ve verimlilik ölçümlerinin ötesinde, özel laboratuvar yöntemleri Otto döngüsüne daha derin bir anlayış sağlar.

Optik Motorlar

Optik olarak erişilebilir motorlar, piston taç veya silindir başında bir yarık pencere içerir, yüksek hızlı kamera veya lazer tabanlı tanılarla doğrudan görselleştirme izin verir (örneğin, parçacık görüntüsü velocimetri, planlı lazer-indüklenen fluorescence). Bu deneyler alev yayılımını ortaya çıkarır, yakıt-hava karıştırır ve optik motorlardan gelen veriler, kılavuzlukları doğrulayabilir (CFD)

Hızlı Kombinasyon Makineleri (RCMs)

RCMs, kontrol edilen sıcaklık ve baskı altında Otto döngüsünün tek bir sıkıştırma vuruşunu simüle eder. Otomatik ateşleme kimyasını, ateşleme gecikmesini ve düşük sıcaklık ısı serbest bırakılmasını alternatif yakıtlar için analiz edilebilir. Bir RCM'den gelen baskı izi ısı serbestliği oranı için analiz edilebilir ve kimyasal kinetik modellerle karşılaştırılabilir.

Skip-Fire Testi

Bazı laboratuvarlar, motorun her ikinci veya üçüncü döngüde çalıştığı bir "kesin-ateş" protokolü kullanıyor (örneğin, sadece bazı döngüler yakıt enjeksiyonu ve ateşlemek). Bu teknik, termal yük ve rekontal gaz etkilerini azaltır, özellikle ateşleme olayları üzerinde çalışmak için kullanışlıdır.

Değişken Kombinasyon Oranları (VCR) Motorlar

Özel olarak tasarlanmış tek kişilik araştırma motorları, sıkıştırıcı oranın sürekli varyasyonuna izin verir (örneğin, silindir başı yüksekliğini ayarlayarak veya bir eğimli silindir tasarımını kullanarak). VCR deneyleri doğrudan sıkıştırma oranına karşı verimlilik, verilen yakıt ve işletim durumunu tanımlamak için en uygun değeri tespit eder.

Uygulamalar ve Future Yollar

Laboratory testing of Otto cycle efficiency continues to drive innovation in internal combustion engines. Current and emerging applications include:

  • [FONT:0)Alternatif yakıtlar - Etanol, mol, doğal gaz, hidrojen ve amonyak karışımları verimliliğini değerlendirmek, direnç ve emisyonlar değerlendirmek için. Örneğin, etanik derecelendirme oranı, daha yüksek sıkıştırma oranlarına izin verir, potansiyel olarak% 5-10 oranında artış sağlar.
  • [FONT:0)Homogeneous Şarj Kompresyon Ignition (HCCI)) – Yakıt havali karışımlarının birden çok noktada otomatik olarak otomatik olarak ısıtıldığı bir mod, yüksek verimlilik ve düşük NOx deneyleri değişken kapaklama ve satın alma sıcaklığıyla kontrol etmeye odaklanır.
  • [FONT:0)Öylegeci sistemler) - Turbulent jet ignition (e.g., MAHLE Jet Ignition), ana odayı hızla üreten küçük bir yakıt enjekteatörü ile küçük bir ön-katber kullanır.
  • [FONT:0)Makine öğrenme ve optimizasyon[[Dönetici 1)) - genetik algoritmaları veya Bayesian optimizasyon kullanarak genetik algoritmaları kullanarak otomatik test hücreleri multi-boyutlu parametre alanları (spark zamanlaması, enjeksiyon basıncı, EGR oranı) maksimum fren verimliliği için.Bu yöntemler, yasal olmayan çalışma noktalarını bulmak için deneysel zamanı azaltır.
  • [FONT:0] Verimlilik için Yönetim[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜŞÜNCÜSÜ:0) Katı sıcaklık azaltımının düşük yüklerdeki ısıtılımı azaltımının daha düşük düşmesine yol açan ısı geçişi azaltıcısı gösterir.

Elektrifikasyon büyüdükçe, Otto- döngüsü motorları seri hibrit güç eğitimlerinde aralıkları olarak giderek daha fazla kullanılıyor, sabit bir hızda faaliyet gösteriyorlar ve yük - verimlilik için tatlı nokta. Laboratuvar testleri bu tür özel aralıklı motorların tasarımını kılavuzlar, genellikle% 45'in üzerinde ısı verimliliği hedefliyor.

Sonuç olarak, Otto döngüsü verimliliğini test etmek için deneysel yöntemler, karmaşık baskı tabanlı analiz, optik tanı ve otomatik optimizasyon için basit fren güç ölçümlerinden gelişti. İyi donanımlı bir laboratuvar, kıvılcım ateşleme motor verimliliğinin sınırlarını zorlamak için gerekli verileri sağlayabilir, iç yanma motorlarının önemli bir parçasıyken daha verimli bir şekilde ulaşım sağlar.

Laboratuvar yöntemleri ve standartları hakkında daha fazla okuma için, termodinamik motor analizi üzerine kuruludur. CRC Press Handbook of Thermo data temel mülkiyet verileri sağlar ve aşağıdaki kaynaklar:2)Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü , termodinamik motor analizi üzerinde yayınlar.