涡轮增压和蒸汽喷射方法对米勒循环柴油机（MCDE）性能的影响外文翻译资料

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应用热工程

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研究论文

涡轮增压和蒸汽喷射方法对米勒循环柴油机（MCDE）性能的影响

古尼·冈卡，巴赫沙欣

Yildiz技术大学，海军拱门 和海洋工程 出发，贝西克塔斯，伊斯坦布尔，土耳其

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环境法规和限制力量下降排放物从ICEs释放。其中最有害的一种是NOx，它在高燃烧温度下形成。先前的NOx还原方法可以降低发动机的性能。问题是减少NOx排放，而不会有任何性能损失。已经进行了许多研究，并开发了新的方法来减少NOx排放。这些技术之一是可以在NOx形成中提供高降低速率的SIM [1-12]。近年来广泛使用的另一种NOx控制技术是MC应用。另一方面，这种方法可以使发动机功率最小化[13-22]。 TC法通常是提高ICE特定功率的首选方法[39-50]。这三种方法可以组合，以便为柴油发动机提供更高功率输出的最高NOx排放率。在本研究中，双重和三重组合分别呈现为MC-TC，MC-SIM和MC-SIM-TC。


SIM首先由Parlak等人提出。 [1]。与柴油发动机的标准（STD）条件相比，所提出的技术将NOx形成降低了33％。此外，性能特性提高，制动热效率提高3％。 Kokkulunk等人[2,3]组合了SIM和废气再循环（EGR），以减少NOx的形成，并提高柴油发动机的制动效率和功率输出特性。 Gonca等人[4,5]进行了一项比较柴油发动机与SIM和MCDE的研究。他们报告说，在SIM和MC应用的组合中观察到NO形成的最大值减少。 Cesur等人[6]和Kokkulunk等人[7]将SIM应用于火花点火和压缩点火发动机，观察到NOx形成的减少和性能改善。 Gonca等人[8]进行了一项调查，以确定用于SIM和TC应用的ICE的汽化水的最佳质量比和温度。 Gonca [9,10]对使用乙醇 - 柴油混合物[9]并与富氢空气一起运行的柴油发动机进行了SIM应用[10]。 Parlak等人经验性地将SIM应用于在烟草种子油基生物柴油上运行的柴油发动机的进气歧管中。 Gonca [12]对SIM对生物燃料热力学特性的影响进行了调查研究。使用过的燃料在SIM的作用方面被归类为生物柴油和醇类。据报道，与生物柴油相比，在醇中观察到较高的NO降低。

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MC在ICE中的应用以非常高的比例将NOx最小化。因此，最近已经做了很多研究。 Wang等[17]在MC的实验应用中，柴油发动机的NOx排放显着减少。 Wang等[18,19]对MC SI Engine进行了数值研究[18]和实验[19]，以减少NOx形成。 Mikalsen等人[20]将MC应用于用天然气运行的汽油发动机。 Gonca等人[21,22]证明，与标准柴油发动机相比，MCDE具有较少的NO形成和较高的制动热效率。 Al-Sarkhi et al。 [23-25]研究了温度依赖性比热对可逆MC [23]和不可逆MC [24]的性能特征的影响。此外，Al-Sarkhi等人[25]根据MC的发动机设计参数研究功率密度的变化。 Zhao和Chen [26]根据压力比变化分析了不可逆MC的循环性能特征。 Ebrahimi [27,28]使用有限时间热力学建模（FTTM）来分析可逆和不可逆的MC发动机的性能变化，考虑发动机转速变化和温度依赖比热[27]，并考虑中风的变化长度和空气/燃料比[28]。 Rinaldini等[29]减轻了使用MC应用的高速柴油发动机产生的NOx和烟尘排放。 Li et al。 [30]进行了实证检查，以显示MC对火花点火发动机SFC的影响。

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TC在ICE中的应用最大限度地提高了性能。因此，已经执行了与涡轮增压系统有关的许多应用。可以等[51]研究了乙醇 - 柴油混合物和燃料喷射压力对TC的排放形成和性能规格的影响

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柴油发动机。 Rakopoulos和Giakoumis [52]进行了一项研究，以分析TC柴油发动机的燃烧特性。 Cinar等[53]进行了一项调查，以了解使用二氧化碳添加到进气歧管和喷射压力对具有TC应用的间接喷射柴油发动机的性能规格和排放要求的影响。 Tauzia等人[54]提出了一个新模型来预测现代TC柴油发动机的排放速率曲线。 Giakoumis [55]根据热力学第一定律和第二定律，研究了气缸壁绝缘对TC柴油发动机性能特性的影响。 Giakoumis [56]进行了一项研究，以检查润滑油性质对TDE的瞬态反应的影响。 Rakopoulos等人[57]进行了一项经验性工作，以证明在各种瞬态条件下运行在丁醇 - 柴油和生物柴油 - 柴油混合物上的TC柴油发动机的烟气和NO形成机制。 Rako-poulos等人[58]进行了一项经验性工作，以确定在生物柴油 - 柴油和丁醇 - 柴油混合物的热启动期间烟，NO和燃烧噪声结构的机制。 Giakoumis等人[59]进行了各种实验，以了解TC模具发动机的燃烧噪声发射特性。 Chiong等[60]研究了具有涡轮增压器的发动机的性能规格。梁等[61]分析了进气和水/柴油乳液的富氧对TC柴油发动机燃烧特性的影响。 Cornolti等[62]在不同的EGR应用方法的TC柴油发动机的进气和排气歧管中进行了流量分析。 Gonca等人[63]使用螺杆式压缩机将TC法应用于MCDE，以增加发动机性能并同时降低NO形成。 Gonca和Sahin [64]表明，可以优化发动机设计和运行参数，以提高使用MC和SIM应用的TC柴油发动机的性能。他们使用与实证数据相当的现实FTTM。

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本研究介绍了SIM，MC和TC方法（SIM-MC-TC）组合对直喷柴油发动机的扭矩，制动功率，制动热效率和SFC的影响。经验性地获得了扭矩，制动功率，制动效率和SFC。经验数据与FTTM的结果进行比较，最大误差小于7％。除了以前的研究，本研究还提供了实验结果与FTMM的综合比较。此外，本研究的结果表明，性能可以随着开发组合的增加而增加。


2。材料和方法

2.1。实验装置

实验研究用单缸柴油发动机进行。表1.演示了发动机规格。通过关闭进气门（IV）的10CA延迟获得MC。原来的凸轮轴是凸轮轴52（STD），这意味着进入阀在压缩过程之后的下死点之后关闭了52CA。 10 CA延迟通过凸轮轴62（C62）进行。为了将MC实现到发动机中，将改进的凸轮轴输入到所使用的发动机中。凸轮轴的图片和技术图纸如图1所示。 1。


表格1

发动机性能[33]。

发动机型号Antor

孔[mm] 85
行程[mm] 90
气缸数1
行程体积[dm3] 0.51
功率2700 rpm [kW] 9
注射压力[bar] 175
注射时间[曲柄角] 28
压缩比17.5
最大转速[rpm] 3000
冷却空气
注射直接注射


使用具有电阻的锅炉应用电子控制SIM。蒸汽压力和温度条件在锅炉中为3 bar和133.5 LC在以前的研究中，最佳蒸汽比在发电量，燃油经济性和NOx还原方面都被认为是燃料质量的20％蒸汽比[1， 4,6,7,11,13,69]，因此，本研究中使用该比例作为蒸汽注入条件。

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涡轮增压已经使用从E 211品牌梅赛德斯 - 奔驰卡车中取出的压缩机应用于发动机。 压缩机已经被输入到发动机的进气管线，并且电子控制单元已经提供了1.1巴（T1.1）涡轮增压压力。 经验设置如图1所示。2。
使用具有20kW吸收能力的测力计和精度为0.01kg的“S”型称重传感器，以确定发动机扭矩。 实验在1500至3000rpm的发动机转速和满载条件下进行。 首先，在自然吸气条件下操作标准凸轮轴，然后将提供MC的另一个凸轮轴以20％的蒸汽喷射比和1.1巴的TC压力条件输入发动机。 对每个条件进行了三次实验工作，然后将性能特征与STD条件进行比较。 测量的不确定性在表2中给出。

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2.2。 理论模型

使用新的FTTM来获得理论结果[64]。 该模型考虑到摩擦，可变比热，热传递和消融效应。 在使用的模型中，取决于恒定压力和恒定体积的温度变化的比热量表示如下[65,71-75]：

CP = 2：506 10 11T2 1：454 10 7T1：5 4：246 10 7T

thorn;3：162 10 5T0：5 1：3301 1：512 104T 1：5

thorn;3：063 105T 2 2：212 107T 3eth;1THORN;

CV = CP Reth;2THORN;

其中R是气体常数。 为了获得合理的结果，在仿真模型中使用了双米勒循环（DMC）。 该周期如图1所示。3。
_
过程（2-3）和过程（3-4）的总热量输入秦可以写成如下：

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这里CV; mix，CP; mix和Rmix是恒定体积比热，恒压比热和气体常数的蒸汽 - 空气混合物。它们写成如下：

C V;混合frac14;CV; amathorn;CV; smseth;4THORN;
mathorn;ms
CP;混合frac14;CV;混合Rmixeth;5THORN;




R Ramathorn;卢比6

mathorn;ms
混合frac14;eth;THORN;
其中CV; s和CV; a是蒸汽和空气的恒定体积比热。它们之间的关系可以给出如下：

CV; s ffi 2CV; aeth;7THORN;

Rs和Ra是蒸汽和空气的气体常数。它们的值分别为0.4615 kJ / kg K和0.287 kJ / kg K。 ma，mt和


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表2 mf
/frac14;maeth;18THORN;
参数误差和总不确定度[70]。
FST


参数系统错误
负载[N] 0.1
速度[rpm] 1.0
时间[s] 0.1
温度[LC] 1.0
燃油消耗[g] 0.01
SFC [g / kW h] 1.5
扭矩[N m] 1.1


ms分别是净进气量，总计量和蒸汽每秒的质量。他们可以写成如下：

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ma =frac14;mf Fst; eth;8THORN;
120 /
FST
mtfrac14;mf 1thorn;thorn;ms; eth;9THORN;
/
msfrac14;msNfrac14;VsteqsN = xmfeth;10THORN;
120 120

其中N（rpm）是发动机转速。它用于每周期质量转换质量率。 /，x，Fst，qs和Vste是等效比，与燃料质量相比的蒸汽百分比，化学计量燃料空气比，蒸汽体积，蒸汽密度，其给出如下：

Fstfrac14;mfeth;11THORN;
嘛
ST


feth; 。代表功能表达式。功能值来自EES软件[66]。 qa和Tmix是空气 - 蒸汽混合物的平均空气密度和温度，如下所示：

T mixfrac14;ma; iTa; iRathorn;msTsRs 19

ma; iRa msRs
eth;THORN;
qafrac14;feth;Tmix; P1THORN;eth;20THORN;

其中下标“i”表示蒸汽注入开始前的状态，可以称为初始条件。 Ts和Ta; i是蒸汽温度和干燥空气温度。 Ts为133 LC。 ma; i是初始条件下干燥空气的质量比，它可以写为：

米V V V 21eth;VsrTHORN;

eth;sthorn;cTHORN;frac14;qa; i T = qa; i r1
a; i = qa; ieth;THORN;
其中qa; i，Vc，Vs和VT是干空气密度，清除体积，冲程体积和总体积，其表示为：

Vsfrac14;eth;r1THORN;VTeth;22THORN;

[R
Vcfrac14;VT Vsfrac14;VTfrac14;pd2L 1eth;23THORN;
R 4 R 1



mf N
mffrac14;
120
msuc = VT qa;
mafrac14;qa VT Vstethorn;qsVste;
RM
msfrac14;xmf;
Vste = RsxqaVT /
FsRaqathorn;xqa / Rs


eth;12THORN;

eth;13THORN;

eth;14THORN;

eth;15THORN;

eth;16THORN;


qa; i = feth;Ti; P1THORN;eth;24THORN;
在公开文献中，压缩比（r）被称为：

r = V1 = V2eth;25THORN;

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