الطاقة المستهلکة والتلوث البیئى للمحرک المشحن تطابقیا والمحرک الاشتعال بالشرارة التقلیدى

نوع المستند : Original Article

المؤلف

المستخلص

تهدف الجهود التی تبذل لتطویر محرکات الاشعال بالشرارة إلى الحد من نواتج الاحتراق الضارة الناتجة عن عمل هذه المحرکات وکذلک إلى تحسین الکفاءة الحراریة وزیادة القدرة الناتجة من هذه المحرکات والتی تتطلب زیادة نسبة الانضغاط للمحرک ، وهذه الزیادة لا یمکن تحقیقها فی المحرکات النمطیة بسبب الاحتراق الغیر سوى(احتراق غیر کامل) الذى یصاحب الزیادة فی نسبة الانضغاط. ولتحقیق هذه الغایة تتبع أسالیب کثیرة من أهمها تعدیل نظام الاحتراق داخل المحرک عن طریق إدخال نظام الشحن التطابقی والذی یؤدی إلى إمکانیة التحکم فی نسبة خلیط الوقود والهواء داخل غرفة الاحتراق وبالتالی تحقیق الاحتراق السوى والکامل.
وفى هذا البحث تم تطبیق استخدام نظام الشحن التطابقی باستخدام غرفة الاحتراق المقسمة إلى غرفة رئیسیة وأخرى أولیة حیث یتم تغذیة الغرفة الأولیة بخلیط غنی نسبیاً تتوفر فیه الظروف المناسبة لبدء الاشعال ، فی حین یتم تغذیة الغرفة الرئیسیة بمخلوط ضعیف نسبیاً حیث یمکن حرقه بواسطة نافورة اللهب المنبعثة من الغرفة الأولیة. ویوفر نظام غرفة الاحتراق المقسمة الظروف المناسبة للشحن التطابقی من حیث الحد من عملیة الخلط بین المخلوط الغنی(المشبع) والمخلوط الضعیف قبل بدء الاشعال السریع بین المخلوطین أثناء عملیة الاحتراق وبدء مشوار التمدد.
ویهدف البحث الى:
1-  اجراء دراسة عملیه عن أداء وخصائص الاحتراق لمحرک إشعال بالشرارة ذو غرفة  مقسمة ومشحن تطابقیاً مع حقن أنواع مختلفة من الوقود (جازولین- بروبان) بالغرفة الأولیة وکذلک حقن کمیة من الأوکسجین  مع أنواع الوقود  المختلفة بهذه الغرفة.
2-  الحد من نواتج الاحتراق الضارة الناتجة عن عمل هذه المحرکات.
3-  تحسین الکفاءة الحراریة للمحرک.
4-  زیادة القدرة الناتجة من هذه المحرکات والتی تتطلب زیادة نسبة الانضغاط للمحرک.
5-  العمل على التوفیر فى استهلاک الوقود لکل من الوقود المستخدم (الجازولین –البروبان ).
وخلال هذه الدراسة تم فحص کلاً من تأثیر درجة تطابق الشحن بین الغرفتین وحجم الغرفة الأولیة ، بالاضافة إلى تأثیر توقیت بدء حقن الوقود وکذلک الأوکسجین على أداء المحرک وخواص الاحتراق وذلک عند نسب إنضغاط مختلفة. هذا وقد تم تدعیم النتائج التجریبیة بتحلیل منحنیات ضغط الغاز داخل اسطوانة المحرک مع زوایا عمود المرفق التی تم تسجیلها أثناء التجارب لإظهار التغیرات فی عملیة الاحتراق داخل الاسطوانة والتی تفسر بالتالی التأثیرات التی تم رصدها فی منحنیات الأداء.
أیضا تشیر نتائج الأبحاث السابقة فی هذا المجال إلى الحاجة لمزید من البحث فی خصائص هذا النوع من نظام الاحتراق حیث أن تحدید أنسب قیم للعوامل الرئیسیة التی تتحکم فی تشغیل وأداء هذا النوع من المحرکات سواء من حیث التصمیم أو التشغیل لم یتم بعد على الوجه الأکمل.
 
 ولقد أظهرت النتائج أن أنسب حجم للغرفة الأولیة هو 10% من حجم الخلوص الکلی وأن أنسب توقیت لبدء حقن الوقود فی الغرفة الأولیة هو ما بین 50-60 درجة قبل النقطة المیتة العلیا فی مشوار الانضغاط وینتهی عند 5 درجات من بدء مشوار التمدد. أما الأوکسجین فإن زیادة ترکیزه فی الهواء المستخدم حتى ترکیز 30% أظهر تحسناً ملحوظاً فی أداء وخصائص الاحتراق وذلک عند السرعات ونسب الانضغاط المختلفة بحیث یبدأ حقنه فی بدایة شوط الانضغاط.
وتشیر النتائج التی تم الحصول علیها إلى أنه باستخدام الشحن التطابقی عن طریق حقن أنواع مختلفة من الوقود فی محرکات الاشعال بالشرارة یمکن تشغیل هذه المحرکات عند نسب انضغاط مرتفعة بدون حدوث صفع بالمحرک (احتراق غیر سوی) الأمر الذی یستتبعه زیادة الکفاءة الحراریة. کذلک حرق مخالیط فقیرة تصل إلى 0.55 والتی لا یمکن احتراقها فی المحرکات النمطیة الأمر الذی یستتبعه خفضاً کبیراً فی ترکیز أول أکسید النیتروجین المنبعث مع نواتج الاحتراق من المحرک تکون مصحوبة بزیادة بسیطة فی الترکیز النوعی لکل من غاز أول أکسید الکربون والمرکبات الهیدروکربونیة الغیر محترقة مع زیادة درجة تطابق الشحن عن 1.2.
 وتشیر النتائج التی تم الحصول علیها أیضاً إلى حدوث إنخفاض واضح فی معدل استهلاک الوقود وزیادة الکفاءة الحراریة حتى درجة تطابق شحن 1.2.

الموضوعات الرئيسية


1. Choi, S. B., and Hedrick, J. K., 2000, “ Based Controller Design Method for Improving Air/Fuel Characteristics of Spark Ignition Engines,” IEEE Trans. Control Syst. Technol., 6(3), pp. 325–334.
2. Grizzle.J.W,Julia Buckland and Jing Sun(2001),"Idle   speed control of a Direct  Injection Spark Ignition Stratified charge  Engine "Control Systems Laboratory,  Electrical Engineering and Computer  Science Department, University of   Michigan, Ann Arbor, MI 48109-2122, U.S.A.      
3. Manzie, C., Palaniswami, M., and Watson, H., 2001, “Gaussian Networks for Fuel Injection Control,” Proc. Inst. Mech. Eng., Part D(J. Automob. Eng.), 215(10), pp. 1053–1068.
 
4. Manzie, C., Palaniswami, M., Ralph, D., Watson, H., and Yi, X., 2002, “Model   Predictive Control of a Fuel Injection System With a Radial Basis Function Network   Observer,” ASME J. Dyn. Syst. Meas. Control, 124(4), pp. 648– 658.
 
5. Nakazono, T. ( 1994) "Study of Lean Burn Gas Engine" JSME, vol. 37, no.  3.
 
6. Nakazono,  T. and Natsume, Y. ( 1994) "Effect of Dimensions of Pre-    chamber on Lean  Burn Gas Engine" JSME, vol. 37, no. 4.