Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας, Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανολόγων-Μηχανικών 1/21 1 ΔΙΑΤΑΞΗ ΟΠΤΙΚΟΥ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ.

Παρουσίαση με θέμα: "Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας, Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανολόγων-Μηχανικών 1/21 1 ΔΙΑΤΑΞΗ ΟΠΤΙΚΟΥ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας, Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανολόγων-Μηχανικών 1/21 1 ΔΙΑΤΑΞΗ ΟΠΤΙΚΟΥ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΑΝΑΦΟΡΑΣ ΜΕ ΙΣΟ-ΟΚΤΑΝΙΟ ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ ΦΟΙΤΗΤΗ ΜΟΣΧΟΒΙΤΗΣ ΠΕΤΡΟΣ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΟΛΟΚΟΤΡΩΝΗΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ Ε.ΔΙ.Π. Μάρτιος 2015

2 Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας, Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανολόγων-Μηχανικών 2/21 Εισαγωγή και σκοπός της εργασίας Μελέτες με χρήση οπτικής ΜΕΚ από την βιβλιογραφία Σκοπός εργασίας Πειραματική διάταξη Μηχανή εσωτερικής καύσης με οπτική πρόσβαση της AVL Δυναμόμετρο της DSG Κάμερας υψηλής συχνότητας καταγραφής εικόνων της Photron Αναλυτής καυσαερίων της HORIBA Μεθοδολογία Βασικά μεγέθη που χρησιμοποιήθηκαν για την σύγκριση των δεδομένων Μαθηματικές σχέσεις Παράμετροι ρύθμισης του κινητήρα Συνθήκες μετρήσεων Μεταβολή χρόνου/διάρκειας ψεκασμού, προπορεία έναυσης, διπλός ψεκασμός Αποτελέσματα μετρήσεων Υπολογισμοί - Διαγράμματα Καταγεγραμμένες φωτογραφίες Μετρήσεις αναλυτή καυσαερίων Συμπεράσματα - Προτάσεις για μελλοντική εργασία Περιγραφή της παρουσίασης

3 Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας, Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανολόγων-Μηχανικών 3/21 Εισαγωγή & σκοπός της εργασίας Μελέτες με χρήση οπτικής ΜΕΚ από την βιβλιογραφία Μελέτη φλόγας με χρήση Κάμερας υψηλής συχνότητας καταγραφής εικόνων Μέτρηση ταχύτητας με απεικόνιση σωματιδίων (Particle Image Velocimetry - PIV) Μέθοδος φθορισμού με χρήση λέιζερ (Laser-Induced Fluorescence - LIF) Χημειοφωταύγεια (Chemiluminescence) Μελέτη στο σπρέυ έγχυσης καυσίμου με χρήση PIV – LIF Μέτρηση απόδοσης, ισχύος, ροπής, κ.ά. Μέτρηση ρύπων στα καυσαέρια Όλοι οι παραπάνω τομής μπορούν μελετηθούν διαφοροποιώντας Το καυσιμο Ισοοκτανιο και διαφορα συμβατικά καυσιμα Μεθάνιο, βουτάνιο και άλλα καύσιμα που είναι βάσεις βιοκαυσίμων Υδρογόνο Χρήση υπερσυμπιεστή / ανακυκλωτή καυσαερίων/ Υποβοήθηση φλόγας με ηλεκτρική εκκένωση (plasma) O σκοπός της εργασίας Δημιουργία εργαστηρίου με οπτική μηχανή εσωτερικής καύσης Μελέτη ισοοκτανίου και μετρήσεις αναφοράς Καταγραφή εικόνων της καύσης και της έγχυσης καυσίμου Μέτρηση των ρύπων στα καυσαέρια

4 Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας, Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανολόγων-Μηχανικών 4/21 Συνδεσμολογία & Εγκατάσταση Δυναμόμετρου

5 Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας, Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανολόγων-Μηχανικών 5/21 Συνδεσμολογία & Εγκατάσταση Δυναμόμετρου Συνδεσμολογία καλωδιώσεων των επιμέρους τμημάτων του δυναμόμετρου μεταξύ τους Τα καλώδια DC και το DES συνδέουν το Pedestal Cabinet με το Unico Drive Cabinet τα καλώδια ES (ESTOP) καταλήγουν το καθένα σε έναν διακόπτη άμεσης ανάγκης το LC-1 (Load Cell) συνδέεται απευθείας πάνω στο δυναμόμετρο το ESB-1 που ενώνεται με το Electrics Box Τα καλώδια PME-1 και PME-2 που συνδέουν το Pedestral στο Power Module Enclosure Το Power Module Enclosureτου με ταDTP-1 και DTP-2 στον ρυθμιστή της πεταλούδας Τα TXB τα οποία ενώνονται στο Transducer Box από το pedestral Τα TX συνδέουν μετατροπείς σήματος μεταξύ τους και με το Pedestal Το CM-1 το Pedestal με την μονάδα ψύξης της AVL

6 Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας, Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανολόγων-Μηχανικών 6/21 Πειραματική διάταξη 1/3 Συνολική ογκομεταβολή 475 cm 3 Διάμετρο πιστονιού 82 mm Διαδρομή πιστονιού 90 mm Δυνατότητες ρυθμίσεων Δύο τρόποι έγχυσης καυσίμου GDI / PFI και συνδυασμός και των δυο Έναρξη και διάρκεια έγχυσης καυσίμου Χρονική στιγμή έναυσης του σπινθηριστή Δυνατότητα πολλαπλών εγχύσεων αλλαγή χρονισμού από εκκεντροφόρους αφού είναι ξεχωριστοί για εισαγωγή εξαγωγή Γυάλινος ή μεταλλικός κύλινδρος και πιστόνι Πίεση βενζίνης GDI 0-150 bar Πίεση βενζίνης PFI 0-4 bar Ρύθμιση θερμοκρασίας κινητήρα Μεταβολή της συμπίεσης στον χώρο καύσης

7 Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας, Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανολόγων-Μηχανικών 7/21 Πειραματική διάταξη 2/3 Μετρήσεις που καταγράφονται από το Δυναμόμετρο σημαντικές για την εργασία Ροπή ΒΜΕΡ Πίεση χώρου καύσης Βοηθητικές μετρήσεις για την σωστή λειτουργία του δυναμόμετρου Θερμοκρασία Νερού/λαδιού Θερμοκρασία καυσαερίων Πίεση λαδιού Πίεση εισαγωγής Αναλογία καύσιμου/αέρα από λήπτη ‘Λ’

8 Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας, Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανολόγων-Μηχανικών 8/21 Πειραματική διάταξη 3/3 Αναλυτής καυσαερίων μετράει CΟ 2, CO,TCH, N 2, NΟ x Αναλυτής καυσαερίων ΗΟΡΙΒΑ MEXA-7000 series : NO/NOx analyzer CLA-720mA CO CO/CO 2 analyzer AIA-72X Series FIA-725A Series για τους THC MPA-720 Series για το O 2 PHOTRON Model FASTCAM SA3 1024 x 1024 pixel  2000 fps 120.000 kHz μέγιστη συχνότητα καταγραφής εικόνων 2μs ανοιγοκλείσιμο του κλείστρου 4GB μνήμη εγγραφής 17nm μέγεθος pixel που εξασφαλίζει υψηλή ευαισθησία στο φως Διασύνδεσης με Gigabit Ethernet

9 Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας, Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανολόγων-Μηχανικών 9/21 Μεθοδολογία για υπολογισμούς

10 Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας, Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανολόγων-Μηχανικών 10/21 Συνθήκες μετρήσεων Μελετηθήκαν 7 σημεία λειτουργίας τα οποία ρυθμίζονταν με βάση: Αριθμό στροφών του κινητήρα Φορτίο (πίεση εισαγωγής) Στοιχειομετρική καύση RPM P INTAKE SASOI_1DOI_1SOI_2DOI_2 [-] [mbar][°CA] [ms][°CA][ms] 1000 -400-13-2801.52-- 1000 -80-10-2802.76-- 1500 -380-14-2801.68-- 1500 -100-14-2802.66-- 2000 -370-15-2901.74-- 2000 -200-8-3002.28-- 2000 -200-9-3051.90-2600.38 SA:Spark Advance, προπορεία έναυσης SOI: Start Of Injection, γωνία στροφαλοφόρου που ξεκινάει η έγχυση DOI: Duration Of Injection, διάρκεια έγχυσης καυσίμου Οθόνη της ETU GDI PFI Ignition Fuel Pressure Camera

11 Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας, Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανολόγων-Μηχανικών 11/21 Αποτελέσματα μετρήσεων & υπολογισμών RPM[-]1000 1500 2000 2000_d P intake [bar]-400-80-380-100-370-200 P max [bar]13.88925.13315.76124.25618.64719.32917.884 P max point [ο][ο]18.516.818.217.815.423.424.9 TbTb [Nm]1.56.72.71051110 BMEP [bar]0.31.80.82.60.81.92 IMEP [bar]1.83893.25413.57874.2232.86144.29214.3568 W [J]87.35154.57122.49200.59135.61203.88206.95 PiPi [w]727.931288.11531.12507.42265.333983449.1 ΤiΤi [Nm]6.9512.39.4715.9610.8216.2216.46 PbPb [w]157.08701.62424.121570.81047.22303.82094.4 FMEP [bar]1.5391.4541.7791.6232.0612.3922.357 nmnm [%]16,31455.31531.02361.56827.95844.26745.905 Παρατηρήσεις αποτελεσμάτων Κατά της αύξηση RPM αύξηση FMEP, Αύξηση n m όταν μικραίνει το P intake, BMEP αυξημένο στα υψηλά φορτία, Ενδεικνύμενη ισχύς > πραγματική ισχύς, Στον διπλό ψεκασμό παραγωγή μεγαλύτερου BMEP λόγω στρωματοποίησης

12 Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας, Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανολόγων-Μηχανικών 12/21 Διάγραμμα P-V στις 1000rpm Λιγότερες απώλειες άντλησης στο υψηλό φορτίο

13 Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας, Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανολόγων-Μηχανικών 13/21 Διαγράμματα Αποτελεσμάτων Παρουσίαση διαγραμμάτων ενδεικτικά για 1000 rpm με χαμηλό φορτίο Διαφορές στην μέγιστη πίεση εστιασμένη στο Άνω Νεκρού Σημείου από 12.46 – 15.46 bar Αιτία μεταβολών μέγιστης πιέσης κυκλικές μεταβολές στην καύση Ίδια συμπεριφορά των κυκλικών μεταβολών με την αύξηση του φορτίου ή και των στροφών του κινητήρα Ίχνη πίεσης σε 15 κύκλους λειτουργίαςΕστιασμένα ίχνη πίεσης στο ΑΝΣ Μέσος όρος ίχνους πίεσης από 15 κύκλους λειτουργίας

14 Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας, Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανολόγων-Μηχανικών 14/21 Σύγκριση μονού και διπλού ψεκασμού 1/2 rpm BMEP [bar] IMEP [bar] P max [bar] W i [J] 2000 1.94.292119.329203.88 2000_dοuble 24.356817.884206.95 Ο διπλός ψεκασμός σε σχέση με τον μόνο έχει: Αυξημένη ΒΜΕP Αυξημένο ΙΜΕP Αυξημένο έργο

15 Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας, Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανολόγων-Μηχανικών 15/21 Σύγκριση μονού και διπλού ψεκασμού 2/2 Λόγω του φαινομένου των κυκλικών μεταβολών, η μέγιστη πίεση κυμαίνεται από 17.1 - 20.6bar Λόγω του φαινόμενου των κυκλικών μεταβολών, η μέγιστης πίεσης κυμαίνεται από 15 – 20.7bar

16 Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας, Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανολόγων-Μηχανικών 16/21 Καταγραφή έγχυσης καύσιμου Έγχυση καυσίμου 2000rpm χαμηλό φορτίο Έγχυση καυσίμου 1000 rpm χαμηλό φορτίο Έγχυση καυσίμου 2000 rpm χαμηλό φορτίο Συγκρίνοντας την έγχυση στις 1000rpm με 2000rpm Μεγαλύτερη διάρκεια έγχυσης καυσίμου στις 2000 rpm, λόγο μεγαλύτερης παροχής του αέρα Παρατηρούνται διαφορές στην κατανομή του καυσίμου, λόγω εντονότερης τύρβης

17 Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας, Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανολόγων-Μηχανικών 17/21 Καταγραφή διάδοσης φλόγας Καύση σε 2000rpm χαμηλό φορτίο θέτοντας ως 0° το ΑΝΣ Α) Έναρξη της φλόγας στις -15° Β) Πρώτα στάδια εξάπλωσης της φλόγας στις -3,8° Γ) Ενδιάμεσο στάδιο στις 4,2° Δ) Κοντά στην ολοκλήρωσης της φλόγας στις 13,8° Οι καταγραφή εικόνων γίνεται κάθε 0,4° για της 1000rpm, κάθε 0,6° για της 1500rpm και κάθε 0,8° για της 2000rpm με ανάλυση 256 x 256 pixel και ταχύτητα καταγραφής 15000fps Παρατηρώντας την καύση διαπιστώνουμε Μεταβολές στην διάρκεια της καύσης ανάλογα την προπορεία έναυσης Αν υπάρξει ανομοιογενής κατανομή μίγματος, η εξάπλωση της φλόγας δεν είναι ομοιόμορφη Αύξηση των στροφών  γρηγορότερη καύση Μείωση προπορείας  αύξηση διάρκειας καύσης

18 Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας, Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανολόγων-Μηχανικών 18/21 Ανάλυση καυσαερίων RPMP INTAKE COCO 2 O2O2 THCNO x [-] [mbar][%][%][%][%][%][%][ppm] 1000 -4001.0134610.59154.40386245.055594.155 1000 -801.1840111.02553.62921237.37135.2885 1500 -3800.7409711.22503.78276245.118650.598 1500 -1001.4116210.81893.76667245.139650.579 2000 -3701.4480411.40252.83366218.994198.33 2000 -2001.5147511.10133.20013203.286167.658 2000_d -2001.3585111.17003.30972245.205650.517 Δεν παρατηρείται κάποια ιδιαίτερη μεταβολή αφού η καύση ήταν στοιχειομετρική για όλα τα σημεία, εκτός των NO x Η αυξομείωση των NO x πιθανότατα μπορεί να οφείλεται σε τοπικά αυξημένες θερμοκρασίες μέσα στον κύλινδρο, καθώς η παραγωγή NO x είναι διεργασία υψηλής ενέργειας ενεργοποίησης Χρήσιμο να μετρηθούν οι εκπομπές ρύπων διατηρώντας τον αριθμό στροφών του κινητήρα και το φορτίο, το σημείο ελάχιστων εκπομπών συναρτήσει του φορτίου

19 Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας, Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανολόγων-Μηχανικών 19/21 Ανακεφαλαίωση & Συμπεράσματα Στα πλαίσια αυτής της διπλωματικής έγινε: Εγκατάσταση και καλωδίωση της διάταξης δυναμόμετρου-σύστημα αυτοματισμού Εγκατάσταση αισθητήρων στην οπτική μηχανή εσωτερικής καύσης για καταγραφή θερμοκρασιών και πιέσεων σε διάφορα σημεία του κινητήρα Χρήση ισοοκτανίου ως καύσιμο για μετρήσεις αναφοράς Δυναμομετρικές μετρήσεις ροπής, ΒΜΕΡ, και στροφών Υπολογισμοί ΙΜΕΡ, FMEP, ενδεικνύμενου έργου, ισχύος, Καταγραφή της έγχυσης και της καύσης με μεγάλη χρονική ανάλυση Ανάλυση καυσαερίων σε όλα τα σημεία αναφοράς Βρέθηκε ότι: Αύξηση του FMEP με την αύξηση του αριθμού στροφών Παρουσία κυκλικών μεταβολών σε όλα τα σημεία λειτουργίας Αύξηση του ΒΜΕP για διπλό ψεκασμό με ίδιο φορτίο Διαφορές στην κατανομή του σπρέι έγχυσης καυσίμου για διαφορετικό αριθμό στροφών Διαφορές στην διάδοση φλόγας σε διαφορετικό αριθμό στοφών και φορτίο

20 Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας, Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανολόγων-Μηχανικών 20/21 Προτάσεις για μελλοντική εργασία Μελλοντική χρήση των σημείων αναφοράς για σύγκριση με άλλα ήδη καυσίμου σε ίδιες συνθήκες Μελλοντική εφαρμογή μη καταστροφικών οπτικών τεχνικών όπως το PIV που μας δίνει στιγμιαία πεδία ταχύτητας, και το LIF που μας δίνει συγκεντρώσεις ενδιάμεσων ριζών των αντιδράσεων καύσης ή και δισδιάστατα πεδία θερμοκρασίας Μελέτη καύσης σε κάποιο πρόγραμμα CFD με την χρήση της γεωμετρίας την οπτικής μηχανής ώστε να γίνει σύγκριση με τα γνωστά σημεία αναφοράς Μελέτη βίο-καυσίμων και μίγματα βίο-καυσίμων – βενζίνης Μελέτη Υδρογόνου και μίγματα Υδρογόνου – αερίων καυσίμων Μελλοντικά χρήση μονάδας υπερσυμπιεστή για μελέτη του κινητήρα με υπερτροφοδότηση Μελλοντικά τοποθέτηση συστήματος επανακυκλοφορίας καυσαερίων

21 Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας, Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανολόγων-Μηχανικών 21/21 Σας Ευχαριστώ πολύ για την προσοχή σας