Innihald þessarar greinar er byggt á tæknilegum matsskýrslu sem Roush Industries lauk fyrir hönd CAELP árið 2021. Margar af þessum tæknilegum lausnum hafa verið hrint í framkvæmd á núverandi markaði.
1.
Sértækt hitahlutfallsgildi er aukið með EGR eða loftþynningu og eykur þar með magn starfsins sem stimpla flutti við stækkunarslagið. Eftirfarandi mynd sýnir áhrif þjöppunarhlutfallsins (CR) og 𝛾 gildi á eldsneytisbreytingu stöðugrar rúmmáls hringrásar. 𝛾 gildi loftblöndunnar er um það bil 1,4 en gildi brennsluafurða (koltvísýring og vatnsgufu) eru lægri, nálægt 1,3. 𝛾 gildi innan strokka blöndunnar þynnt með lofti er hærra samanborið við blönduna þynnt með kælingu útblásturslofts (CEGR). Þetta gerir vélina með grannri brennslu (loftþynningu) skilvirkari undir sömu samsvarandi þynningu (þ.e. hlutfall eldsneytis og eldsneytisblöndu í strokknum).
1.
Sértækt hitahlutfallsgildi er aukið með EGR eða loftþynningu og eykur þar með magn starfsins sem stimpla flutti við stækkunarslagið. Eftirfarandi mynd sýnir áhrif þjöppunarhlutfallsins (CR) og 𝛾 gildi á eldsneytisbreytingu stöðugrar rúmmáls hringrásar. 𝛾 gildi loftblöndunnar er um það bil 1,4 en gildi brennsluafurða (koltvísýring og vatnsgufu) eru lægri, nálægt 1,3. 𝛾 gildi innan strokka blöndunnar þynnt með lofti er hærra samanborið við blönduna þynnt með kælingu útblásturslofts (CEGR). Þetta gerir vélina með grannri brennslu (loftþynningu) skilvirkari undir sömu samsvarandi þynningu (þ.e. hlutfall eldsneytis og eldsneytisblöndu í strokknum).
1.1 Sérstök sérstök umbætur í strokka (D-SEG)
Sérstaklega EGR kerfið þróað af Southwest Research Institute (SWRI). Þetta kerfi býr til endurbætt gas með miklum styrk H₂ og CO með því að umbreyta einum strokka í olíuríkan brennslustillingu. Þessar umbóta lofttegundir eru kynntar í inntakshöfn annarra strokka og fullkominn bruna í Si bruna [10]. SWRI D-PEG sýningarprófið sem gerð var á 2,4 lítra PFI náttúrulega sogaðri vél bendir til þess að eldsneytishagkerfi hafi batnað um meira en 10% á rekstri vélarinnar.
1.2 Catalytic Waste Gas Endurrás
Einn af strokkunum starfar í halla loft-eldsneytishlutfalli og samþykkir auka eldsneytissprautunartækni eftir bruna. Útblástursloftið frá þessum strokka er meðhöndlað með hvata rúminu og býr til vetnisríkt umbótagas með endothermic viðbrögðum. Í prófun á 2,0 lítra GM Ecotec LNF DI vél, þegar snúningshraði náði 2000 snúningum á mínútu og uppörvunargildið var 4 bar, náðist vetnisinntakstyrkur 5%. Rúmmálhlutfall endurrásar úrgangsgas hefur verið hækkað úr minna en 25% í yfir 50%. Skilvirkni þessarar vélar á rekstrarstað hefur aukist um 8% miðað við viðmiðunargildið.
2. Hagræðing stækkunarhlutfalls
Vél með hátt rúmfræðilegt þjöppunarhlutfall en virkt samþjöppunarhlutfall lægra en virkt stækkunarhlutfall er áhrifarík leið til að bæta skilvirkni vélarinnar. Í fjöldaframleiddum vélum næst offramleiðslulotur venjulega með því að loka inntaksventlunum fyrirfram (EIVC) eða seinka lokun inntaksventlanna. Styttri inntakslitur leiðir til lækkunar á magni þjöppunar sem vélin er gerð af vélinni á hverri lotu, þannig að stærri hreyfing vél er nauðsynleg til að viðhalda sama tog/aflstigi og vélar sem ekki eru Atkinson/Miller. Fyrir turbóhlaðnar vélar er hægt að bæta tap á inntöku heilablóðfalls með því að auka uppörvunarþrýstinginn. Vélar með turbóhlaðnar Miller lotur hafa hærra stækkunarhlutfall og lægra hitastig útblásturs og dregur þannig úr eftirspurn eftir Lean bruna.
Ein áskorunin sem stóð frammi fyrir þegar verið er að nota EIVC og LIVC aðferðir er að ókyrrðin í lok þjöppunarslagsins mun veikjast. Mynd 6 hér að neðan sýnir breytingar á ókyrrð hreyfiorku (TKE) innan hólksins þegar EIVC og LIVC aðferðir eru notaðar samanborið við viðmiðunarvélina. Þessi lækkun á TKE mun leiða til minnkunar á brennslu skilvirkni og óstöðugleika bruna. Í sumum tilvikum, samanborið við viðmiðunarvélina, getur það jafnvel leitt til minni skilvirkni og aukinnar losunar.
Eftirfarandi mynd sýnir hagræðingaráætlun hönnunar sem krafist er fyrir EA888 þriðju kynslóð B-gerð vélar (2,0 lítra fjögurra strokka) til að viðhalda óróa í strokka í fyrri kynslóð hreyfils sem ekki er millirými. Þessi vél samþykkir EIVC tækni til að ná Miller hringrásinni og er nauðsynlegt að viðhalda ókyrrðinni inni í strokknum og brennslu skilvirkni með hagræðingu vélarinnar.
3.
Eftirfarandi mynd sýnir breytingar á þremur meginþáttum sem ákvarða ákjósanlegt strokshlutfall vélarinnar: stimplahraða, yfirborðshlutfall og rúmmálshlutfall og þrýstingsfall á báðum hliðum inntaksventilsins. Hinn ákjósanlegasta borhögghlutfall ræðst af eftirfarandi þáttum:
Meðalhraði stimpla: Því lengur sem höggið er, því hærra er meðalhraði stimpla, en takmarkar hámarkshraða vélarinnar. Hvort sem það er turbóhlaðinn eða náttúrulega sogaðir vélar, hafa flestir þeirra nú á dögum ekki náð efri mörkum meðalstimplahraða sem núverandi tækni getur náð (um 25 m/s).
Einkenni inntaksloka þrýstingsfalls: Vélar með stóra hönnun á boruhlutfalli geta aukið lokastærðina og myndað stærra rennslisvæði (þ.e. flæðasvæðið) og þar með dregið úr þrýstingsfallinu í báðum endum lokans og bætir rúmmál skilvirkni. Hins vegar, á miklum hraða, mun rúmmál skilvirkni vélar með lágu bora lækka, sem leiðir til ótímabæra aðlögunar togs og afls innan hraðasviðs vélarinnar.
Skilvirkni hitaflutnings: Lægra þjöppunarhlutfall (BSR) mun draga úr yfirborðssvæðinu og rúmmálshlutfalli brennsluhólfsins (sérstaklega nálægt efri dauða miðju brennslu) og veikir þar með hitaflutningsáhrif brennslu. Þegar þjöppunarhlutfallið eykst vex yfirborðssvæðið og rúmmálshlutfall brennsluhólfsins, sem leiðir til aukningar á tapi á hitaflutningi og vega upp á móti sumum þeim kostum sem skilvirkni hefur í för með sér. Þessi áhrif eru sérstaklega marktæk í Atkinson-Miller hringrásarvélum með afar háa rúmfræðileg þjöppunarhlutföll.
Sprengjuþol sem stafar af logaútbreiðslufjarlægð: Minni þvermál þvermál strokka styttir logafjarlægðina og dregur þannig úr losunartíma hita (eykur hlutfall stöðugs rúmmálsbrennslu). Stytting brennslutímans mun einnig draga úr sprengingu (tíminn fyrir endanlegt gas til að ná sjálfsmyndarástandi er styttri). Þetta gerir hærra þjöppunarhlutfall mögulegt.
Órói í strokka og brennsluhraða: Þegar stimplahraðinn eykst, magnast óróa í hólknum. Þegar borið og höggið er tiltölulega lítið, við sama snúningshraða og tilfærsluskilyrði, er snúningshraði stimpla í raun hærri. Þessi aukna ókyrrð getur flýtt fyrir brennsluhraðanum og dregið úr tilhneigingu sprengingar (þar sem tíminn fyrir endanlegt gas til að ná sjálfsmyndarástandi er styttri). Þetta gerir vélinni kleift að nota hærra þjöppunarhlutfall.
4.. Hitun hagræðingar á hitauppstreymi
Dæmigerð Si vél býr til mikið magn af hita við bruna, þar af er um það bil þriðjungur fluttur yfir í strokkavegginn og annar þriðjungur tapast fyrir kælivökva. Lykil tækni til að draga úr tapi á hitaflutningi felur í sér:
Með því að auka halla blöndu getur lækkað brennsluhitastigið og þar með dregið úr tapi hitaflutnings
Vélar sem eru hannaðar með lágu sértæku yfirborðshlutfalli (BSR) geta í raun dregið úr yfirborðssvæðinu til rúmmálshlutfalls brennsluhólfsins og lágmarkað enn frekar hitaflutningstap
Skipta kælikerfi - Með því að setja upp óháðar kælingarrásir fyrir strokkablokkina og strokkahausinn er hægt að viðhalda ákjósanlegum vinnuhita strokkahöfuðsins og strokkablokkarinnar. Lághitastig strokkahausar geta komið í veg fyrir notkun og stutt notkun á háu þjöppunarhlutfalli. Háhita strokkar veggir geta dregið úr tapi á hitaflutningi og minni núningi. Skipt kælikerfið getur einnig flýtt fyrir forhitun brennsluhólfsins, aukið stöðugleika bruna og dregið úr losun við kulda.
Varmahindrunarhúðin, í gegnum samsett uppbyggingu keramikhúðunar (svo sem YSZ Yttria-stöðugt sirkon) og málmbindingarlög, geta dregið úr vegghitastigi brennsluhólfsins um 150-300 gráðu og lækkað leiðsluhitatap í gegnum strokka-tapið í gegnum strokkablokkina og stimpilinn (sem reiknar með 25-30% af heildar orkutapi).
Yfirlit
Eftirfarandi mynd dregur saman áhrif mismunandi tækni á hvern tengil við notkun vélarinnar. Græni hlutinn gefur til kynna jákvæð áhrif en rauði hlutinn hefur neikvæð áhrif. Til dæmis getur kælingu EGR tækni aukið sérstaka hitagetu blöndunnar í hólknum, dregið úr tapi á hitaflutningi og þar með bætt skilvirkni vélarinnar. En á sama tíma mun þessi tækni hafa slæm áhrif á stöðugleika brennslu og brennsluhraða. Þess vegna mun það hafa meiri kosti að sameina það með mikilli orku íkveikjukerfi og vélarhönnun með lágt bora. Sum veik milliverkanir eru ekki sýndar á myndinni, svo sem áhrif þjöppunarhlutfallsins (undir sama strokkahlutfalli) á breytur eins og hitaflutning.
