История и причины появления поршневых двигателей внутреннего сгорания
Первые поршневые двигатели внутреннего сгорания, получившие довольно широкое распространение в шестидесятых годах XIX века, работали на светильном газе. Их конструктором был Э.Ленуар, двигатели работали без предварительного сжатия рабочей смеси. Появившиеся вслед за ними двигатели, построенные немецким изобретателем Н. Отто в 1867-1872 гг., также работали на светильном газе, были четырехтактными, имели предварительное сжатие рабочей смеси и искровое зажигание. Теоретические основы рабочих процессов этих двигателей были разработаны значительно раньше появления реальных машин французскими учеными С. Карно (1721 г.) и Бо-де Роша (1854 г.).
С появлением дизельных двигателей (кстати, впервые электростанции Energo (Франция) стали использовать данный тип оборудования), экономично работающих на тяжелом нефтяном топливе, и бензиновых двигателей, газ как топливо был практически полностью вытеснен жидкими нефтяными продуктами.
Однако по основным техническим показателям, характеризующим эффективность использования топлива в двигателе, жидкие нефтяные топлива уступают газам. Так, при применении газового топлива в 1,5–2 раза уменьшается износ основных деталей цилиндро-поршневой группы, существенно снижается токсичность выпускных газов, увеличивается срок службы и уменьшается расход смазки, а также снижаются расходы на топливо. Поэтому, как только добыча и производство природного газа и сжиженных бутано-пропановых смесей достигли большого объема, применение газовых двигателей, выполненных к тому же на новом, более высоком техническом уровне, стало технически и экономически оправданным.
Основные факторы, которые обусловили возрождение газовых двигателей, сводятся к следующему:
- бурное развитие газовой промышленности;
- технико-экономическое и экологическое преимущества газа как топлива;
-
технический прогресс газовых двигателей, обеспечивающий полное использование выгодных свойств газа как топлива для двигателей.
Коэффициент полезного действия (КПД) газовых двигателей практически равен КПД дизелей такого же класса (обратите внимание, что этими показателями не могут похвастаться дизельные генераторы). Как правило, газовые двигатели строят на базе дизелей, с которыми они конструктивно и технологически хорошо унифицируются. Именно этим объясняется то, что большинство фирм, выпускающих дизели, предлагают потребителю их газовые модификации.
Двигатели, работающие на природном газе, широко используют для привода электрогенераторов, насосов, компрессоров. Их единичная мощность достигает десятков мегаватт, а электростанций с газовыми двигателями — сотен мегаватт.
Сжиженные газы применяют для двигателей малой и средней мощности, предназначенных, главным образом, для установки на тракторы, бурильные установки, автобусы и легковые автомобили. Кроме того, сжиженные газы применяют для отопления жилых домов, теплиц и бытовых установок.
Основными требованиями, предъявляемыми к газовым двигателям и агрегатам на их базе, являются надежность, оптимальный режим работы, ориентированный на получение максимального технического эффекта (в частности, высокого КПД), оптимальный объем автоматизации, простота обслуживания, ремонтопригодность и, возможно, низкая стоимость.
Поршневой двигатель внутреннего сгорания — определение термина
Термин и определение
тепловой двигатель, в котором преобразование энергии сгорающей топливной смеси в механическую энергию осуществляется с помощью поршня, перемещающегося в цилиндре; рабочий процесс поршневого двигателя является циклическим;поршневые двигатели внутреннего сгорания различаются по числу цилиндров, способу смесеобразования (карбюраторные и двигатели с впрыскиванием топлива), способу воспламенения смеси (с искровым зажиганием и дизели) и взаимосвязи рабочего процесса с вращением коленчатого вала (двухтактные и четырехтактные).Еще термины по предмету «Транспортные средства»
Задняя дверь
дверь, расположенная в задней части кузова.
Землеройная машина
самоходная или прицепная машина на гусеничном, колесном или шагающем ходу с рабочим или дополнительным оборудованием (рабочим органом), предназначенная главным образом для выполнения работ по выемке, рыхлению, погрузке, транспортированию, распределению, уплотнению земли, скального грунта и других материалов, а также прокладыванию в них траншей; управление землеройной машиной осуществляется оператором с базовой машины или с земли или дистанционно.
Навигационно-информационная система, НИС
автоматизированная система, основанная на реализации метода спутниковой радионавигации и предназначенная для проведения навигационных определений, передачи от объектов навигации мониторинговой информации и формирования на ее основе системной навигационной информации, предоставляемой потребителям.
Похожие
- Двигатель внутреннего сгорания
- Двигатель внутреннего сгорания; ДВС
- Двигатель внутреннего сгорания ДВС
- Электроагрегат с двигателем внутреннего сгорания
- Электростанция с двигателем внутреннего сгорания
- Роторно-поршневой двигатель
- Рабочий объем поршневого двигателя
- Двигатель внутреннего сгорания; ДВС (internal combustion engine)
- Двигатель с внутренним смесеобразованием
- Полный объем цилиндра поршневого двигателя
- Рабочая камера роторно-поршневого двигателя
- Рабочий объем роторно-поршневого двигателя
- Рабочий объем цилиндра поршневого двигателя
- Сгорание
- Поршневой гидромотор (Поршневой пневмомотор)
- Поршневой гидроцилиндр (Поршневой пневмоцилиндр)
- Поршневая группа
- Поршневые насосы
- Поршневая прессформа
Смотреть больше терминов
Научные статьи на тему «Поршневой двигатель внутреннего сгорания»
Определение 1 Двигатель внутреннего сгорания — двигатель, в котором топливо сгорает непосредственно.
..
в виде турбин внутреннего сгорания или двигателей Ванкеля….
, гидравлическим двигателем, двигателем внутреннего сгорания, используемый для вращения двигателя внутреннего…
Двигатели внутреннего сгорания должны иметь циклы, с которых начинается запуск….
Загрязнение воздуха Двигатели внутреннего сгорания, такие как поршневые двигатели внутреннего сгорания
Статья от экспертов
Научный журнал
Creative Commons
двигатели внутреннего сгорания, например, бензиновые двигатели, дизельные двигатели, реактивные двигатели…
Примерами двигателей внутреннего сгорания могут быть:
бензиновый двигатель;
дизель;
реактивный двигатель.
..
Двигатель внутреннего сгорания в настоящее время является самым распространенным тепловым двигателем….
Рассмотрим четырехтактный бензиновый двигатель внутреннего сгорания….
В реальной действительности КПД двигателя внутреннего сгорания составляет 20-30%.
Статья от экспертов
В статье излагается причина низкого КПД двигателей и предлагается возможность его увеличения за счет повышения степени сжатия и применения в камере сгорания дополнительной расширительной камеры для перемещения в нее повышенного давления. В результате устраняется детонация, улучшается реализация давления на кривошип и обеспечивается мягкая работа двигателя.
Научный журнал
Creative Commons
Повышай знания с онлайн-тренажером от Автор24!
- 📝 Напиши термин
- ✍️ Выбери определение из предложенных или загрузи свое
- 🤝 Тренажер от Автор24 поможет тебе выучить термины, с помощью удобных и приятных карточек
Возможность создать свои термины в разработке
Еще чуть-чуть и ты сможешь писать определения на платформе Автор24.
Укажи почту и мы пришлем уведомление с обновлением ☺️
Привет! Рады, что термин оказался полезен 🤩
Для копирования текста подпишись на Telegram bot. Удобный поиск по учебным материалам в твоем телефоне
Подписаться и скачать термин
Включи камеру на своем телефоне и наведи на qr-код. Edu24_bot откроется на устройстве
Привет! Рады, что термин оказался полезен 🤩
Подписчики нашего бота Edu24_bot получают определение прямо в телеграмм! Просто перейди по ссылке ниже
Скачать термин
Включи камеру на своем телефоне и наведи на qr-код.
Edu24_bot откроется на устройстве
товаров
Во время рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания энергия, связанная с топливом, за очень короткий промежуток времени преобразуется в теплоту и давление в цилиндре. Этот процесс носит взрывной характер. Это вызывает изменение температуры и давления…
Функция
Во время рабочего цикла сгоранияengine энергия, содержащаяся в топливе, преобразуется в тепло и давление в цилиндре за очень короткий промежуток времени. Этот процесс носит взрывной характер. Это приводит к очень значительному повышению значений температуры и давления в цилиндре за доли секунды.
Поршень — подвижная часть камеры сгорания. Он отвечает за преобразование энергии, выделяемой в процессе горения, в механическую работу. Поршень также выполняет ряд других важных задач:
- Герметизирует камеру сгорания
- Направляет шатун (в тронковых двигателях)
- Рассеивает тепло, образующееся в камере сгорания
- Поддерживает газообмен ( за счет всасывания и выброса газа)
- Поддерживает приготовление смеси благодаря специальной конструкции поверхности поршня со стороны камеры сгорания, известной как днище поршня.
- В нем находятся уплотнительные элементы (поршневые кольца).
Площадки
По своей базовой конструкции поршень представляет собой полый цилиндр, герметизированный с одной стороны. Он состоит из следующих частей:
- Головка поршня с кольцевым ремнем,
- ступица поршня и
- вал.
Головка поршня передает силы сжатия, возникающие при сгорании топливно-воздушной смеси, на коленчатый вал через ступицу поршня, головку поршня и шатун.
Функциональность поршня
Поршень подвергается воздействию различных сил. Когда двигатель работает, он постоянно движется вверх и вниз в цилиндре. В каждой точке поворота он резко тормозится, а затем снова ускоряется. Это создает силы инерции массы, действующие на поршень. Вместе с силами, создаваемыми давлением газа, они образуют поршневую силу.
Сила поршня передается на шатун и <ссылку https: www.my-cardictionary.com двигателя crankshaft.html internen link in neuem>коленчатый вал.
Однако шатун строго вертикальен только в верхней и нижней точках реверсирования (известных как мертвая точка). Наклон шатуна толкает поршень в сторону, т.е. к стенке цилиндра. Степень этой силы (также известной как боковая сила или нормальная сила) несколько раз меняет направление в течение рабочего цикла. Оно определяется силой поршня и углом днища поршня по отношению к оси шатуна. Боковая сила может быть получена из параллелограмма сил.
Каждый поршень оснащен поршневыми кольцами. Поршневые кольца должны изолировать камеру сгорания и рабочее пространство от картера и снимать масло со стенок цилиндра, тем самым регулируя подачу масла. потребление. Они также должны отводить тепло, поглощаемое поршнем во время сгорания, на охлаждаемый цилиндр.
Охрана окружающей среды
Конструкция, конструкция и состав материалов поршней, используемых в современных двигателях внутреннего сгорания, в значительной степени способствуют достижению низкого уровня выбросов и полного сгорания.
Кроме того, современные поршни по своей конструкции снижают трение и расход масла. При этом они вносят существенный вклад в защиту окружающей среды и сохранение ресурсов.
Амортизация
Чтобы поршень надежно выполнял свою задачу на протяжении всего срока службы автомобиля, в бензиновых двигателях можно использовать только топливо с октановым числом, установленным производителем. Это также относится к свечам зажигания, которые также необходимо регулярно проверять. Если используется биотопливо, масло необходимо менять через гораздо более частые промежутки времени.
Кроме того, при осмотре и техническом обслуживании необходимо следить за тем, чтобы использовались только моторные масла, одобренные изготовителем двигателя. Также необходимо проверить давление масла. Если давление масла слишком низкое, масляный насос может быть изношен, масляный фильтр может быть загрязнен, клапан избыточного давления вмасляный насос может быть неисправен или масло может быть разбавлено.
Водитель также должен регулярно проверять уровень масла и при необходимости доливать его.
Производитель
рабочие характеристики водородного свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания и системы линейного генератора | International Journal of Low-Carbon Technologies
Abstract
В настоящее время разрабатывается система выработки электроэнергии, использующая свободнопоршневой двигатель на водородном топливе (FPICE) и линейный генератор.
FPICE обеспечивает более эффективную выходную мощность по сравнению с обычными поршневыми двигателями с возвратно-поступательным движением, поскольку он использует множество преимуществ, таких как низкие потери на трение и по своей природе переменная степень сжатия, помимо низкого уровня выбросов вредных выхлопных газов. Кроме того, если в FPICE используется водородное топливо, можно было бы сделать уровень выбросов выхлопных газов практически нулевым без ущерба для эффективности. В этом исследовании был разработан прототип FPICE, двухтактного двухцилиндрового двигателя, и между цилиндрами была встроена система линейной генерации для получения электроэнергии и запуска двигателя. Работать двигатель можно было на частоте 17 Гц. Было обнаружено, что FPICE дает разные положения поршня в верхней мертвой точке, и это неравномерное движение поршня одновременно существенно влияет как на процесс сжатия, так и на последующее сгорание в другом цилиндре двигателя. В испытательном двигателе использовались как сжатый природный газ, так и водород, и результаты показали разные характеристики сгорания в зависимости от используемого топлива.
Поскольку эффективность продувки легко ухудшается при работе двухтактных двигателей на такой низкой скорости, было обнаружено, что водородное топливо дает более высокую скорость сгорания и, как следствие, демонстрирует улучшение выходной мощности и выбросов.
1 ВВЕДЕНИЕ
В двигателе со свободным поршнем (FPE) движение поршня не ограничено какими-либо механическими связями, в то время как в обычных двигателях используется кулисно-кривошипный механизм для преобразования линейного движения поршня во вращательное движение. FPE можно разделить на три категории в зависимости от количества и расположения поршней, как показано на рисунке 1 [1].
Рисунок 1.
Открыть в новой вкладкеСлайд загрузки
Различные свободные конфигурации поршня [1].
Основной принцип работы подобен обычному поршневому двигателю, т.е. химическая энергия топлива преобразуется в механическую энергию с помощью линейно движущегося узла поршня.
Основная концепция конструкции заключается в использовании минимального преобразования энергии топлива в электрическую [2–7] или гидравлическую энергию [8–10], которая используется линейным генератором или гидроприводом соответственно. Обычно используется двухтактный двигатель, потому что он требует рабочего хода один раз на каждый такт.
Существуют некоторые преимущества по сравнению с обычным двигателем с коленчатым валом, которые могут быть достигнуты с помощью концепции свободного поршня, поскольку он использует множество преимуществ, таких как низкие потери на трение, естественно переменное сжатие, эффективная переходная работа, короткое пребывание в ВМТ и стоимость производства. сбережения.
Простота конструкции позволяет FPE иметь более высокую удельную мощность, так как он требует меньше веса и меньше места. Кроме того, потери на трение ниже, поскольку существует меньше движущихся частей, а поршень не имеет боковых сил, создаваемых кривошипно-шатунным механизмом.
Хотя большая часть потерь на трение приходится на узел поршня, другие части, составляющие около 20 процентов трения, по-прежнему ответственны за коленчатый вал при 1500 об/мин, что в FPE считается примерно 25 Гц [11].
Конфигурация со свободным поршнем позволяет изменять длину хода или степень сжатия практически мгновенно, цикл за циклом и надежный контроль степени сжатия позволяют оптимизировать степень сжатия в различных условиях эксплуатации, что невозможно в обычных двигателях с коленчатым валом. Таким образом, в двигателе могут применяться различные альтернативные виды топлива без серьезных модификаций аппаратуры [2, 7, 8].
Кроме того, FPE предлагает определенные преимущества эффективности и снижения выбросов при холодном запуске двигателя. Его малая механическая инерция и способность достигать заданной скорости практически на первом ходе поршня, при меньшем трении, делают пусковые переходные процессы сравнительно короткими и более эффективными [8].
Голдсборо и др.
[2] указал, что при одинаковом ходе и частоте поршня есть некоторые различия между движениями поршня в FPE и в двигателе с коленчатым валом. Как показано на рисунке 2, свободный поршень находится в верхней мертвой точке (ВМТ) меньше времени, чем поршень, приводимый в движение коленчатым валом. Это более короткое время пребывания в ВМТ для свободного поршня может быть привлекательным с точки зрения потерь теплопередачи и образования NO x , поскольку желательно более короткое время при более высокой температуре [2].
Рисунок 2.
Открыть в новой вкладкеСкачать слайд
Положение поршня в зависимости от времени [2].
Последним, но не менее важным преимуществом является цена двигателя, а себестоимость производства FPE намного ниже из-за его простой конструкции.
Отсутствие кривошипного механизма создает и некоторые недостатки: система управления сложнее, чем у обычных двигателей. Степень сжатия неопределенна и зависит от энергетического баланса поршня при каждом такте.
Низкий уровень выбросов и эффективное горение требуют контролируемого движения поршня.
Хотя в упомянутой литературе было предложено очень много конфигураций свободного поршня, многие из них предназначены только для вычислительных подходов до демонстрации или просто для внедрения собственных прототипов, которые далеки от завершения стабильной работы. Это связано с тем, что остается еще много технических трудностей, и это делает цель стабильного и более эффективного сгорания в свободно-поршневых двигателях едва достижимой. Для того, чтобы система генерации FPE была коммерчески доступна, помимо низкой стоимости необходимо, чтобы она демонстрировала высокую эффективность и стабильную работу. В этом исследовании прототип FPE и линейного генератора были протестированы для оценки производительности, чтобы получить более высокую эффективность и более низкий уровень выбросов, чем обычные системы генерации.
2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
Поскольку в испытательном двигателе используется последовательное сгорание для каждого такта в двух цилиндрах, предполагается, что они имеют одинаковую геометрию и также передают одинаковую мощность на поршни.
Когда левый цилиндр находится в процессе расширения, как показано на рис. 3, уравнение движения поршня имеет вид
, где F L — сила расширения сгоревшего газа, F EM сила электромагнитного запирания, а F f — сила трения каждого узла поршня и F R — сила сжатия горючей смеси соответственно.
Рис. 3.
Открыть в новой вкладкеСкачать слайд
Силы, действующие на движитель испытательного двигателя.
Чтобы получить значение F L , F R , предполагался цикл идеального газа, который состоит из процесса политропного сжатия и расширения, а также подвода постоянного объема тепла. Для силы трения применялась эмпирическая корреляция среднего эффективного давления трения, предложенная Блэром в его книге [12]. Для электромагнитной силы фиксации было принято значение 400 Н из анализа плотности магнитного поля.
Из результатов расчета, показанных на рисунке 4, целевая частота 30 Гц была достигнута при массе двигателя 2,3 кг.
Рис. 4.
Открыть в новой вкладкеСкачать слайд
Частота движения поршня относительно веса движителя.
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА
Испытательный двигатель имеет два поршня и состоит из двух противоположных цилиндров сгорания со встроенным линейным генератором переменного тока между ними (рис. 5 и 6). Поршни каждого цилиндра соединены валом движителя, на котором установлены постоянные магниты. Двухтактный цикл сгорания в чередующихся цилиндрах толкает двигатель вперед и назад через катушки генератора, индуцируя электрический ток для выработки электроэнергии. Генератор переменного тока также используется для управления движением вала и запуска двигателя.
Рисунок 5.
Открыть в новой вкладкеСкачать слайд
Схема тестового движка.
Рисунок 6.
Открыть в новой вкладкеСкачать слайд
Фотография установки тестового двигателя.
Испытуемый двигатель первоначально представлял собой двухтактный бензиновый двигатель с искровым зажиганием и имел рабочий объем почти 100 куб.см. Картер был модифицирован для работы со свободным поршнем, а двигатель работал как на сжатом природном газе (КПГ), так и на водороде соответственно. Когда в двигателе использовалось СПГ, ход поршня удлинялся наполовину по сравнению с первоначальным ходом, чтобы получить больше полезной работы от генератора. Основные характеристики испытательного двигателя приведены в таблице 1, а фотография установки двигателя показана на рис. 6.
Таблица 1
Спецификация тестового двигателя.
| Bore (mm) | 50.6 |
| Stroke (mm) | 75 a /50 b |
| Displacement (cc) | 150.8 a /100.5 b |
| Степень сжатия | 7,8 |
| Время впуска | от -7,5 до -23,5 | 2. 5 to −18.5 |
| Mass of mover (kg) | 8.91 |
| Bore (mm) | 50.6 |
| Stroke (mm) | 75 a /50 B |
| Смещение (CC) | 150,8 /100,5 B |
| .0186 −7.5 to −23.5 | |
| Exhaust port timing | 2.5 to −18.5 |
| Mass of mover (kg) | 8.91 |
a For CNG.
b Для работы с водородом.
Открыть в новой вкладке
Таблица 1
Спецификация испытательного двигателя.
| Диаметр отверстия (мм) | 50,6 |
| Ход (мм) | 75 a /50 b |
| Displacement (cc) | 150. 8 a /100.5 b |
| Compression ratio | 7.8 |
| Intake port timing | −7.5 to −23.5 |
| Exhaust port timing | 2.5 to −18.5 |
| Mass of mover (kg) | 8.91 |
| Bore (mm) | 50.6 |
| Stroke (mm) | 75 a /50 b |
| Displacement (cc) | 150.8 a /100.5 b |
| Compression ratio | 7.8 |
| Intake port timing | −7.5 to −23.5 |
| Exhaust port timing | 2.5 to −18.5 |
| Mass of mover (kg) | 8.91 |
и Для СПГ.
b Для работы с водородом.
Открыть в новой вкладке
Частота вращения двигателя регулируется главным образом моментом зажигания в фиксированном положении поршня, определяемом линейным энкодером абсолютного положения, прикрепленным к магниту движителя внутри линейного генератора переменного тока.
Впрыск топлива также был синхронизирован с сигналом датчика положения поршня. На протяжении всех испытаний давление в цилиндре измерялось каждые 0,1 мс и использовалось для анализа цикла.
4 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
4.1 Типичные характеристики сгорания
Поскольку FPE показывает различные положения поршня в ВМТ, степень сжатия изменяется в каждом цикле. Это неравномерное движение поршня существенно повлияло как на процесс сжатия, так и на последующее сгорание в другом цилиндре двигателя одновременно.
На рис. 7 показан пример аномального возгорания, обнаруженного во время испытания. Рабочая частота меняется каждый цикл из-за изменения хода поршня. Произошло частичное прогорание в цилиндре 1, что привело к снижению частоты последующего такта с 13 до 8. Кроме того, в цилиндре 2 произошел пропуск зажигания, что в конечном итоге привело к остановке двигателя.
Рисунок 7.
Открыть в новой вкладкеСкачать слайд
Аномальные явления сгорания, обнаруженные во время испытания (момент впрыска: 64 мм до ВМТ, момент зажигания: 23 мм до ВМТ).
FPE не имеет механизма сохранения инерционной энергии для продолжения движения поршня, такого как маховик в обычном ротационном двигателе. Таким образом, одиночный пропуск зажигания в одном из цилиндров является критической причиной потери движения поршня, что приводит к остановке двигателя. Чтобы этого не произошло, следует использовать схему управления для точного положения двигателя или тщательно выбирать момент зажигания.
4.2 Сжигание КПГ
При использовании топлива КПГ и ПТЭ, и генератор работали непрерывно с частотой около 13 Гц, и после более чем 1 часа работы оба были отключены, чтобы уберечь их от возможного нежелательного повреждения .
На рис. 8 показано измеренное давление в баллоне в зависимости от объема.
Острый край вблизи точки пикового давления наблюдался во всех испытаниях с различными условиями нагрузки. Это связано с более коротким пребыванием поршня вблизи ВМТ по сравнению с обычным ротационным двигателем из-за неопределенного поршня в FPE.
Рисунок 8.
Открыть в новой вкладкеСкачать слайд
Диаграмма зависимости давления в баллоне от объема (кейс CNG).
В такте расширения резкое снижение давления в цилиндре указывает на начало процесса продувки в двухтактном двигателе. В то время как никакой дальнейшей полезной работы в процессе очистки нет, движитель постоянно перемещался на другую сторону, и это помогло увеличить выход электроэнергии.
Давление и скорость тепловыделения, показанные на рисунке 9показывают, что большая часть тепла сгорания выделяется после пикового давления или вблизи ВМТ и продолжается до тех пор, пока не откроется выпускное отверстие. Это связано с высокой скоростью разбавления, вызванной низкой эффективностью продувки контура испытательного двигателя.
Рис. 9.
Открыть в новой вкладкеСкачать слайд
Давление в баллоне и скорость тепловыделения в зависимости от времени.
Также считается, что удлиненный ход способствует низкой эффективности продувки. Поскольку чрезмерный ход вниз сделал вакуум в цилиндре еще больше, в то время как свежий заряд во впускной камере ограничен, сгоревший газ из выпускного отверстия снова попал в цилиндр. Таким образом, длина штриха была выбрана так, чтобы впоследствии иметь исходное значение.
4.3 Сгорание водорода
При использовании водородного топлива испытательный двигатель работал более 20 мин при частоте вращения 13 Гц. Давление в цилиндре, достигаемое за счет сгорания водорода в испытательном двигателе, показано на рисунке 10. Увеличение давления было намного выше при сгорании водорода, чем при сгорании КПГ, из-за высокой скорости сгорания водорода. На рисунке 11 показаны скорости выделения тепла как для СПГ, так и для водорода, из которых видно, что продолжительность горения водорода короче, чем для СПГ.
Рисунок 10.
Открыть в новой вкладкеСкачать слайд
Сравнение давлений сгорания между КПГ и водородным топливом.
Рисунок 11.
Открыть в новой вкладкеСкачать слайд
Сравнение скоростей тепловыделения между КПГ и водородным топливом.
При увеличении нагрузки пиковое давление сдвинулось еще до ВМТ, что увеличивает потери работы сжатия, что приводит к ухудшению КПД двигателя. Как показано на рисунке 11, вся теплота сгорания высвобождается до того, как поршень достигнет ВМТ.
Таким образом, крайне необходимо увеличить угол опережения зажигания, чтобы использовать больше тепла сгорания для полезной работы по выработке электроэнергии. При испытании зажигание больше задерживалось к ВМТ, а более высокая частота от 15 до 17 Гц достигалась с задержкой 3–5 мм. Однако циклическое изменение увеличилось, и это привело к остановке двигателя через несколько минут работы.
Необходимы дальнейшие исследования для преодоления этой нестабильности работы и повышения эффективности очистки.
С этой целью была предложена модифицированная система генерации FPE, как показано на рисунке 12. Чтобы улучшить процесс газообмена, новый двигатель был спроектирован так, чтобы использовать вакансию генератора в качестве нагнетателя для подачи свежего заряда в цилиндр. Нижний впускной канал и верхний выпускной клапан образуют прямоточную продувку. Система управления зажиганием также отрегулирована так, чтобы иметь временную задержку от фиксированного положения поршня, чтобы избежать случая, когда ход поршня резко укорачивается, что приводит к остановке двигателя с нестабильностью сгорания.
Рисунок 12.
Открыть в новой вкладкеСкачать слайд
Схема модифицированной системы генерации свободнопоршневого двигателя.
5 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В этом исследовании прототип FPE и линейного генератора работали как на сжатом природном газе, так и на водородном топливе соответственно. По результатам испытаний основные выводы следующие:
Прототип двухтактного двухцилиндрового FPE и линейного генератора успешно работал на частоте 13 Гц на СПГ и водородном топливе.
Двухтактный линейный FPE требует более быстрого сгорания, чтобы преодолеть сильное разбавление заряда из-за низкой эффективности продувки. Было обнаружено, что водородное топливо дает более высокую скорость горения, но требует более точного контроля воспламенения.
Для обеспечения более высокой эффективности и снижения выбросов была предложена модифицированная система генерации FPE. Он использует генератор в качестве нагнетателя и выпускной клапан для формирования прямоточной продувки.
БЛАГОДАРНОСТЬ
Авторы хотели бы поблагодарить Центр исследований и разработок в области водородной энергетики (HERC) и Министерство образования, науки и технологий Кореи (MEST) за финансирование этого исследования в рамках программы 21st Century Frontier Project. 9.
Линейный двигатель 2004 г.
[2]
Goldsborough
SS
,
Van Blarigan
P
A Численное исследование свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания, работающего на однородном заряде с воспламенением от сжатия
[3]
Goldsborough
SS
,
Ван Блариган
P
.
Optimizing the scavenging system for a two-stroke cycle, free piston engine for high efficiency and low emissions: a computational approach
[4]
Carter
D
,
Wechner
E
.
Блок питания со свободным поршнем: устойчивая мощность для гибридных электромобилей
[5]
Shoukry
E
,
Taylor
S
,
CLARK
N
,
FAMOURI
P 9000 3
666.
Numerical simulation for parametric study of a two-stroke direct injection linear engine
[6]
Clark
NN
,
Nandkumar
S
,
Famouri
P
.
Фундаментальный анализ линейного двухцилиндрового двигателя внутреннего сгорания
[7]
Kleemann
AP
,
Dabadie
JC
,
S.C
,
S.C
,
S.C
,
S.C
,
S.C
,
.
Компьютерные исследования прототипа высокоэффективного поршневого двигателя с низким уровнем выбросов
[8]
Brusstar
M
,
Серый
C
Jr
,
Джафри
K
, и др.