
Ин таҳқиқот меомӯзад, ки дар муҳаррики автомобилӣ бо оташгирии шарорагӣ ва тазриқи мустақими гидроген фишори тазриқ, масоҳати ҷараёни инжектор ва вақти оғози тазриқ барои тамоми харитаи кори муҳаррик чӣ гуна интихоб карда мешаванд. Модели математикии муҳаррики Ford 1.6 L EcoBoost, ки барои тазриқи мустақими гидроген мутобиқ карда шудааст, дар муҳити MATLAB R2023a истифода гардида, 348 нуқтаи кории суръат-бор ҳисоб карда шудааст. Дар таҳқиқот фишори максималии тазриқ 6 MPa, масоҳати инжектор 3,08 mm² ва давомнокии минималии тазриқ 1,0 ms муайян карда шудааст. Самаранокии максималии ҳароратии тормозӣ (brake thermal efficiency, BTE), ки бо тазриқи барвақт ба даст омадааст, %38,8 буд, дар ҳоле ки дар стратегияи тазриқи дер, ки ба қабатнокшавии омехта нигаронида шудааст, ин арзиш то %40,9 афзуд. Тазриқи дер инчунин фишори максималии ҳисобшудаи силиндрро тақрибан 1 MPa кам кард, арзиши максималии NOx-ро аз тақрибан 8400 ppm то 6167 ppm паст намуд ва меъёри максималии детонатсияро дар модел аз сатҳи 1,5 то камтар аз 0,86 коҳиш дод. Бо вуҷуди ин, ин натиҷаҳо аз санҷишҳои физикии роҳ ё муҳаррики асосӣ не, балки аз модели математикӣ ва симулятсияҳо ба даст омадаанд; махсусан барои пешгӯии NOx дар омехтаҳои камбағал таҳқиқот ошкоро номуайянии муҳими моделиро қайд мекунад.
Саҳми асосии таҳқиқот танҳо ҷавоб додан ба саволи «тазриқи барвақт ё дер?» нест. Муҳаққиқон фишори тазриқ, масоҳати инжектор, давомнокии тазриқ, вақти оташгирӣ ва қабатнокшавии омехтаро дар доираи як масъалаи ягонаи интихоб баррасӣ мекунанд. Меъёри асосие, ки барои интихоби вақти оғоз дар тазриқи дер истифода мешавад, вақти нисбии оташгирӣ (relative ignition timing, RIT) мебошад, ки оғози тазриқ ва вақти оташгириро бо давомнокии тазриқ мепайвандад. Арзиши ҳадафии RIT %120 интихоб шудааст, аммо нишон дода шудааст, ки бинобар маҳдудиятҳои фишор ва ҷараёни буғишуда ин арзишро дар тамоми харитаи муҳаррик амалӣ кардан имкон надорад.
Аз нигоҳи Тоҷикистон: Таҳқиқот барои геометрияи муайяни муҳаррик ва модели ҳисоббарорӣ анҷом дода шудааст; он нишон намедиҳад, ки арзишҳое чун фишори тазриқи 6 MPa, масоҳати инжектори 3,08 mm² ё RIT-и %120 метавонанд бевосита ба муҳаррикҳои дигар дар Тоҷикистон интиқол дода шаванд. Агар чунин татбиқ дар Тоҷикистон анҷом дода шавад, геометрияи муҳаррик, ҳаҷми силиндр, хусусиятҳои инжектор, системаи фишори гидроген, минтақаи кории суръат-бор ва санҷиши воқеии муҳаррик бояд аз нав арзёбӣ шаванд. Аз ин рӯ, таҳқиқот бештар аз он ки ҷадвали универсалии калибркуниро барои татбиқи мустақим пешниҳод кунад, методологияи системавии интихобро барои тарҳрезии системаи тазриқи муҳаррики гидрогенӣ пешниҳод мекунад.
Масъалаи асосии таҳқиқот чист?
Тазриқи мустақими гидроген ба силиндр имкони васеи идоракунии ташаккули омехта ва сӯзишро фароҳам мекунад, аммо андозабандии системаи тазриқро душвор месозад. Масъалаи асосии муҳандисие, ки таҳқиқот баррасӣ мекунад, ин аст, ки бо сабаби зичии пасти ҳаҷмии энергияи гидроген чӣ гуна ҷараёни баланди ҳаҷмии сӯзишвории зарурӣ дар тамоми минтақаи суръат ва бори муҳаррик таъмин карда шавад. Баланд кардани фишори тазриқ метавонад фосилаи кунҷи кранкро, ки барои тазриқ дастрас аст, васеъ кунад, аммо ҳиссаи гази қобили истифода дар зарфи гидрогени фишордорро кам мекунад. Калон кардани масоҳати инжектор таъмин кардани ҷараёни лозимиро дар бори баланд осон мекунад, вале дар бекорӣ ва бори паст импулси тазриқро хеле кӯтоҳ карда метавонад.
Аз ҳамин сабаб муҳаққиқон фишори тазриқ, масоҳати инжектор ва вақти тазриқро на ҳамчун танзимоти мустақил, балки ҳамчун масъалаи муҳандисии ба ҳамдигар маҳдудкунанда баррасӣ мекунанд.
Кадом муҳаррик ва модели математикӣ истифода шудаанд?
Дар ҳисобҳо муҳаррики Ford 1.6 L EcoBoost, ки барои тазриқи мустақими гидроген мутобиқ карда шудааст, ҳамчун асос гирифта шудааст. Хусусиятҳои асосии тарҳ, аз ҷумла дараҷаи фишурдашавӣ, геометрияи камераи сӯзиш, вақти клапанҳо ва системаи турбокомпрессорӣ, бидуни тағйир ба модели математикӣ ворид карда шудаанд.
| Параметри асосии муҳаррик | Арзиш дар таҳқиқоти манбаъ |
|---|---|
| Шумораи силиндрҳо | 4, қаторӣ |
| Диаметри силиндр | 75 mm |
| Қадами поршен | 88 mm |
| Дараҷаи фишурдашавӣ | 10:1 |
| Қувваи муҳаррики асосӣ | 132 kW, 5700 rpm |
| Моменти тобиш | 250 Nm, 2500–4500 rpm |
| Системаи клапанҳо | DOHC-и 16 клапанӣ |
| Тазриқ | Тазриқи мустақим |
| Турбокомпрессор | BorgWarner KP39 |
Модели даври муҳаррик модели термодинамикии нимустувор аст, ки муодилаҳои бақои энергия ва масса дар силиндр ва коллекторҳои воридотӣ ва ихроҷиро истифода мебарад. Модел зер-моделҳои хосиятҳои газ, таркиби мувозинатии маҳсулоти сӯзиш, рафтори компрессор ва турбинаи турбокомпрессор, ташаккули NOx, интиқоли гармӣ ба деворҳо ва талафоти механикиро дар бар мегирад.
Сӯзиши гидроген чӣ гуна моделсозӣ шудааст?
Модели сӯзиш ба функсияи Wiebe асос ёфтааст. Суръати умумии сӯзиш дар манбаъ чунин муайян карда мешавад:
\[ \frac{dx}{d\theta} = r_I \left[ r_{I1}\left(\frac{dx}{d\theta}\right)_{I1} + r_{I2}\left(\frac{dx}{d\theta}\right)_{I2} \right] + r_{II}\left(\frac{dx}{d\theta}\right)_{II} \]
Дар ин ҷо сӯзиши пешомехта, сӯзиши диффузионӣ ва ҳиссаҳои сӯзишворӣ дар минтақаҳои омехтаи бой ва камбағал бо ҷузъҳои алоҳида ифода мешаванд. Азбаски дар стратегияҳои тазриқи барвақт ва дер, ки баррасӣ шудаанд, тазриқ пеш аз оташгирӣ анҷом меёбад, муҳаққиқон ҷузъи сӯзиши диффузиониро сифр ва ҳиссаи сӯзиши пешомехтаро 1 қабул кардаанд.
Ҳар як суръати сӯзиш бо функсияи Wiebe ифода мешавад:
\[ \frac{dx}{d\theta} = -a\frac{m+1}{\theta_z} \left(\frac{\theta}{\theta_z}\right)^m \exp \left[ a\left(\frac{\theta}{\theta_z}\right)^{m+1} \right] \]
Дар ин ҷо \(x\) ҳиссаи сӯзишвории сӯхтаро, \(\theta_z\) давомнокии сӯзишро бо кунҷи кранк ва \(m\) дараҷаи хусусияти сӯзишро ифода мекунад. Такмили муҳими модели муҳаққиқон дар он аст, ки таъсири вақти байни анҷоми тазриқ ва оташгирӣ ба қабатнокшавии омехта ба модели давомнокии сӯзиш дохил карда шудааст.
Чаро фишори тазриқ муҳим аст?
Фишори тазриқ барои он интихоб мешавад, ки ҳангоми баланд шудани фишори силиндр ҷараёни гидроген то ҳадди имкон аз шароити силиндр мустақил нигоҳ дошта шавад. Дар таҳқиқот мақсад ин буд, ки тазриқ дар шароити ҷараёни буғишуда анҷом дода шавад ва дар ҳисобҳо ҳамчун ҳадди критикӣ:
\[ \frac{p_{cyl}}{p_{inj}} \leq 0{,}52 \]
истифода шудааст. Аз ин рӯ, тазриқ бояд пеш аз он ки фишори силиндр ба %52 фишори тазриқ расад, анҷом ёбад.
Ёддошти муодилаи дохили манбаъ: Дар шакли чопшудаи алгебравии Муодила (4) дар мақола ифодае мавҷуд аст, ки бо натиҷаи тақрибан 0,52 мутобиқ нест. Verianla ин ифодаро бесадо тағйир намедиҳад. Дар ин ҷо ҳадди амалии \(p_{cyl}=0{,}52p_{inj}\), ки дар ҳисобҳои минбаъдаи таҳқиқот ошкоро истифода шуда, дар Шакл 1 ва Шакл 9 нишон дода шудааст, асос гирифта шудааст.
Шакл 1 дар саҳифаи 5-и манбаъ ин мантиқи муҳандисиро ба таври визуалӣ нишон медиҳад: равзанаи тазриқ аз баста шудани клапани воридотӣ оғоз шуда, то расидани фишори силиндр ба сатҳи 0,52 \(p_{inj}\) идома меёбад.
Вақти нисбии оташгирӣ чиро чен мекунад?
Дар тазриқи дер танҳо оғози тазриқ қабатнокшавии омехтаро муайян намекунад. Давомнокии тазриқ ва вақти оташгирӣ низ вақти мавҷуд барои омехта шудани сӯзишворӣ ва ҳаворо тағйир медиҳанд. Аз ҳамин сабаб муҳаққиқон вақти нисбии оташгириро, ки дар адабиёт муайян шудааст, истифода мебаранд:
\[ RIT = \frac{SOI-\theta_{ign}}{DOI}\times100\% \]
Дар ин ҷо SOI оғози тазриқ, DOI давомнокии тазриқ ва \(\theta_{ign}\) вақти оташгириро ифода мекунад. Агар RIT аз %100 кам бошад, тазриқ метавонад баъд аз оғоз шудани оташгирӣ ҳам идома ёбад. Бо зиёд шудани RIT аз %100 тазриқ пештар аз оташгирӣ анҷом меёбад ва барои якхела шудани омехта вақти бештар фароҳам мешавад.
Дар натиҷаҳои таҷрибавии пешинае, ки таҳқиқот арзёбӣ кардааст, дида шудааст, ки арзишҳои баландтарини самаранокӣ асосан дар фосилаи тақрибан %120–200 RIT ҷамъ мешаванд; барои муҳаррики асосӣ дар стратегияи тазриқи дер арзиши ҳадафӣ RIT = %120 интихоб шудааст.
Verianla Live: Параметрҳои тазриқи гидроген чӣ гуна интихоб шуданд?
Ин раванд тартиби воқеии ҳисоббарории таҳқиқотро ҷамъбаст мекунад. Марҳилаҳо ҳамчун тартиби нави муҳандисӣ илова нашуда, аз усули таҳқиқоти манбаъ гирифта шудаанд.
| Марҳила | Шарҳ | Манбаъ |
|---|---|---|
| 1. Такмили модели сӯзиш | Таъсири вақти тазриқ ва қабатнокшавии омехта ба кинетикаи сӯзиш ба модели асосёфта ба Wiebe дохил карда шуд. | Бахши 2.1 ва 3.1 |
| 2. Интихоби фишори тазриқ | Фишоре ҷустуҷӯ шуд, ки ҷараёни буғишудаи гидрогенро нигоҳ дорад ва ҳамзамон истифодаи ҳаҷми захиракуниро аз ҳад кам накунад. | Бахши 2.2 ва 3.2 |
| 3. Муайян кардани масоҳати инжектор | Масоҳати ҷараёни инжектор аз рӯи равзанаи дастрасии тазриқ дар нуқтаи корие ҳисоб карда шуд, ки ҷараёни максималии сӯзишворӣ талаб мешавад. | Шакл 9 ва Бахши 3.2 |
| 4. Санҷиши татбиқпазирӣ дар бекорӣ | Санҷида шуд, ки оё масоҳати ҳисобшуда дар бори паст импулси аз ҳад кӯтоҳи тазриқ эҷод мекунад ё не. | Шакл 10 ва Бахши 3.2 |
| 5. Интихоби оғози тазриқ | Дар стратегияи барвақт SOI ба баста шудани клапани воридотӣ ва дар стратегияи дер ба арзиши ҳадафии RIT мутобиқ карда шуд. | Бахши 2.3 ва 3.3 |
| 6. Симулятсияи харитаи пурраи муҳаррик | Ду стратегияи тазриқ дар 348 нуқтаи кории суръат-бор ҳисоб карда шуданд. | Бахши 2.4 |
| 7. Муқоисаи нишондиҳандаҳо | BTE, меъёри детонатсия, давомнокии сӯзиш, фишори максималии силиндр, NOx ва ҳарорати вуруди турбина муқоиса шуданд. | Шакл 12 ва Бахши 3.4 |
Verianla Live: Намоиши раванд аз ҷадвали намоёни маълумоти илмии ин мақола дар браузер сохта мешавад. Ҷадвал ҳамчун scientific source-of-truth нигоҳ дошта мешавад.
Чаро 6 MPa ва 3,08 mm² барои инжектор интихоб шуданд?
Муҳаққиқон аввал муносибати байни фишори тазриқ ва масоҳати инжекторро дар системаҳои тазриқи мустақими гидроген, ки дар адабиёт оварда шудаанд, муқоиса карданд. Шакл 8 дар манбаъ нишон медиҳад, ки масоҳатҳои хурди инжектор одатан бо фишорҳои баландтари тазриқ истифода мешаванд. Барои муҳаррики асосӣ, бо мақсади мувозинат кардани истифодаи гидрогени захирашуда, равзанаи тазриқ ва имкони тазриқи дер, фишори максималӣ 6 MPa интихоб шудааст.
Бо фарзияи фишори нигоҳдории 70 MPa муҳаққиқон ҳисоб мекунанд, ки дар фишори тазриқи 6 MPa ҳиссаи массаи гидрогени истифоданашаванда дар бакҳо тақрибан %9 хоҳад буд.
Барои шароите, ки ҷараёни максималии сӯзишворӣ талаб мешавад, нуқтаи кории 6000 rpm ва 1,42 MPa BMEP истифода шудааст. Дар Шакл 9-и саҳифаи 13-и манбаъ, азбаски баста шудани клапани воридотӣ тақрибан −120 °CA ва ҳадди 0,52 \(p_{inj}\) тақрибан −20 °CA аст, равзанаи дастрасии тазриқ тақрибан 100 °CA мебошад. Масоҳати инжекторе, ки ин шартро таъмин мекунад, 3,08 mm² ҳисоб карда шудааст.
Аммо вақте ҳамин инжектор бо фишори 6 MPa дар бекорӣ истифода мешавад, давомнокии ҳисобшудаи тазриқ ҳамагӣ 0,14 ms аст. Давомнокии минималии қобили қабул дар таҳқиқот бошад 1,0 ms мебошад. Аз ҳамин сабаб таҳқиқот равиши як-инжекторӣ бо фишори тағйирёбандаро интихоб кардааст; барои бекории 800 rpm тақрибан 0,85 MPa ва барои шароити бекории 6000 rpm тақрибан 1,7 MPa ҳисоб шудааст. Дар қисми зиёди харитаи муҳаррик барои таъмин кардани кӯтоҳтарин давомнокии имконпазири тазриқ 6 MPa истифода мешавад.
| Параметри интихобшудаи тазриқи мустақими гидроген | Арзиш |
|---|---|
| Миқдори максималии даврии гидроген | 22,5 mg/давр |
| Миқдори минималии даврии гидроген | 1 mg/давр |
| Давомнокии минималии тазриқ | 1,0 ms |
| Давомнокии максималии тазриқ дар 110 kW ва 6000 rpm | 3 ms |
| Фишори максималии тазриқ | 6 MPa |
| Фишори минималии тазриқ | 0,85 MPa |
| Масоҳати инжектор | 3,08 mm² |
Стратегияҳои тазриқи барвақт ва дер чӣ гуна фарқ мекунанд?
Дар стратегияи тазриқи барвақт ҳадаф ин аст, ки омехта то ҳадди имкон якхела шавад. Аз ин рӯ, оғози тазриқ дар ҳамаи нуқтаҳои корӣ бо баста шудани клапани воридотӣ мутобиқ карда шудааст. Мувофиқи Шакл 11a дар саҳифаи 15-и манбаъ, анҷоми тазриқ тақрибан аз −150 °CA то −20 °CA ATDC тағйир меёбад. Дар ин стратегия арзиши RIT вобаста ба нуқтаи корӣ аз %134 то %2242 тағйир меёбад, аз ин рӯ дараҷаи якхелашавии омехта низ дар тамоми харитаи муҳаррик яксон нест.
Дар стратегияи тазриқи дер ҳадаф эҷоди қабатнокшавии идорашавандаи омехта мебошад. Оғози тазриқ бо ҳадафи RIT = %120 ҳисоб карда мешавад. Дар Шакл 11b дида мешавад, ки SOI тақрибан аз −123 °CA то −6 °CA ATDC тағйир меёбад. Аммо азбаски тазриқ бояд пеш аз гузаштани фишори силиндр аз ҳадди 0,52 \(p_{inj}\) анҷом ёбад, ҳадафи %120 дар ҳамаи нуқтаҳои корӣ амалӣ намешавад ва дар баъзе минтақаҳо RIT то тақрибан %468 баланд мешавад. Бо вуҷуди ин, муҳаққиқон хабар медиҳанд, ки дар қисми зиёди харитаи муҳаррик RIT тақрибан дар фосилаи %120–200 мемонад.
Тазриқи дер самаранокиро чӣ гуна тағйир дод?
Шакл 12 дар саҳифаи 16-и манбаъ фарқи асосии ду стратегияро дар тамоми харитаи муҳаррик нишон медиҳад. Дар тазриқи барвақт BTE-и максималӣ ба %38,8 мерасад. Дар тазриқи дер бошад BTE-и максималӣ то %40,9 меафзояд. Муҳаққиқон ин афзоишро махсусан дар борҳои паст ва миёна бо суръат бахшидан ва кӯтоҳ шудани сӯзиш аз ҳисоби омехтаи қабатнок алоқаманд мекунанд.
Verianla Live: Самаранокии максималии ҳароратии тормозӣ дар тазриқи барвақт ва дер
Муқоиса танҳо арзишҳои максималии BTE-ро нишон медиҳад, ки дар манбаъ ошкоро оварда шудаанд. Арзишҳо аз харитаи ҳисоббарории муҳаррик ба даст омадаанд; онҳоро ҳамчун натиҷаи санҷиши физикии муҳаррик тафсир кардан лозим нест.
| Стратегияи тазриқ | BTE-и максималӣ (%) | Меъёр | Манбаъ |
|---|---|---|---|
| Тазриқи барвақт | 38,8 | Самаранокии максималии ҳароратии тормозӣ | Шакл 12a, Бахши 3.4 |
| Тазриқи дер | 40,9 | Самаранокии максималии ҳароратии тормозӣ | Шакл 12b, Бахши 3.4 |
Verianla Live: Визуализатсия аз ин ҷадвали намоёни маълумоти илмӣ сохта мешавад; ҷадвал scientific source-of-truth мебошад.
| Нишондиҳандаи самаранокӣ | Тазриқи барвақт | Тазриқи дер | Шарҳи таҳқиқот |
|---|---|---|---|
| BTE-и максималӣ | %38,8 | %40,9 | Дар тазриқи дер арзиши максималӣ тақрибан 2 банди фоизӣ баландтар аст |
| Меъёри максималии детонатсия | Тақрибан 1,5 | ≤ 0,86 | Дар модел тазриқи дер майли детонатсияро ба таври назаррас кам мекунад |
| Фишори баландтарини силиндр | То тақрибан 11 MPa | Тақрибан 1 MPa пасттар | Тазриқи дер бори механикии ҳисобшударо коҳиш медиҳад |
| NOx-и максималӣ | Тақрибан 8400 ppm | 6167 ppm | Дар тазриқи дер арзиши қуллавӣ тақрибан 1,36 маротиба пасттар аст |
Дар стратегияи тазриқи барвақт, махсусан дар минтақаи суръати паст ва бори баланд, расидани меъёри детонатсия ба тақрибан 1,5 аз ҷониби муҳаққиқон ҳамчун эҳтимоли баланди детонатсия тафсир мешавад. Дар ҳамин минтақаҳо, ҳатто бо он ки вақти оташгирӣ то 15 °CA ATDC дер карда шудааст, фишори максималии силиндр метавонад ба тақрибан 11 MPa расад.
Дар харитаи тазриқи дер меъёри максималии детонатсия аз 0,86 камтар мемонад, дар ҳоле ки фишори максималии силиндр тақрибан 1 MPa коҳиш меёбад. Арзиши максималии NOx низ аз тақрибан 8400 ppm то 6167 ppm паст мешавад. Дар қисми хулосаи таҳқиқот ин фарқ ҳамчун тақрибан 1,4 маротиба коҳиш додан гирд карда шудааст.
Чаро натиҷаи NOx бояд бо эҳтиёт тафсир шавад?
Муҳаққиқон ошкоро қайд мекунанд, ки модели NOx тақсимоти маҳаллии оксигенро дар омехтаи қабатнок бевосита ҳал намекунад. Таъсири қабатнокшавӣ ба модел ба таври ғайримустақим тавассути динамикаи озодшавии гармии сӯзиш ва ҳарорати вобастаи силиндр ворид мешавад. Аз ин рӯ, махсусан дар нуқтаҳои кории омехтаи камбағал бо \(\lambda > 1{,}6\), пешгӯиҳои NOx дорои номуайянии назаррас мебошанд. Дар харитаи NOx-и Шакл 12b низ ин номуайянӣ алоҳида нишон дода шудааст.
Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад ва дастгирӣ намекунад
Натиҷае, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад: Дар доираи модели математикии муҳаррик ва маҳдудиятҳои муайяншуда, тазриқи мустақими дери гидроген бар асоси RIT нисбат ба тазриқи барвақт BTE-и максималии ҳисобшударо баландтар, меъёри детонатсияро пасттар, фишори максималии силиндрро пасттар ва арзиши қуллавии ҳисобшудаи NOx-ро пасттар таъмин мекунад. Илова бар ин, системае, ки аз фишори максималии 6 MPa ва масоҳати инжектори 3,08 mm² иборат аст, бо стратегияи фишори тағйирёбандаи бори паст талаботи тазриқии харитаи муҳаррики таҳқиқшударо дар дохили модел қонеъ мекунад.
Натиҷае, ки таҳқиқот дастгирӣ намекунад: Таҳқиқот исбот намекунад, ки арзишҳои 6 MPa ва 3,08 mm² барои ҳамаи муҳаррикҳои гидрогенӣ оптималӣ мебошанд; устуворӣ ё эътимоднокии дарозмуддати системаи воқеии тазриқи истеҳсолиро санҷиш намекунад; тамоми харитаи самаранокии муҳаррики асосиро бо таҷрибаи физикӣ тасдиқ намекунад; нишон намедиҳад, ки арзишҳои ҳисобшудаи NOx бо партобҳои воқеии муҳаррик яксон хоҳанд буд. Натиҷаҳо бояд дар доираи геометрияи муайяни муҳаррик, модели математикӣ, фарзияҳои модел ва стратегияҳои истифодашуда арзёбӣ шаванд.
Усул ва натиҷаҳои таҳқиқот
Тарҳи таҳқиқоти ҳисоббарорӣ
Таҳқиқот аз се марҳилаи асосии ҳисоббарорӣ иборат аст. Дар марҳилаи аввал модели сӯзиши гидроген барои дар бар гирифтани таъсири параметрҳои тазриқ ба кинетикаи сӯзиш такмил дода шуда, бо маълумоти таҷрибавии нашршудаи муҳаррикҳои гуногун муқоиса карда шудааст. Дар марҳилаи дуюм фишори тазриқ ва масоҳати инжектор интихоб шудаанд. Дар марҳилаи сеюм бо параметрҳои сахтафзории интихобшуда стратегияҳои тазриқи барвақт ва дер дар тамоми минтақаи кори муҳаррик муқоиса шудаанд.
Ҳисобҳо дар маҷмӯъ дар 348 нуқтаи корӣ анҷом дода шудаанд. Таносуби ҳаво-сӯзишворӣ дар бекорӣ то \(\lambda = 4\) мерасад, дар ҳоле ки дар бори максималӣ ба \(\lambda = 1\) наздик мешавад. Муҳаққиқон арзишҳои баландтари \(\lambda\)-ро бо сабаби дароз шудани давомнокии сӯзиши гидроген, мушкилоти анҷомёбии сӯзиш ва кори ноустувор берун аз доираи модел гузоштаанд.
Вақти оташгирӣ бо ҳадафи он муайян шудааст, ки MFB50, яъне кунҷи кранке, ки дар он %50 массаи сӯзишворӣ сӯхтааст, тақрибан 8 °CA ATDC бошад. Агар фишори ҳисобшудаи силиндр аз ҳадди 7,5 MPa, ки барои муҳаррики асосӣ қабул шудааст, зиёд шавад, маркази оташгирӣ то ҳадди аксар 15 °CA ATDC дер карда мешавад.
Ҳисоби ҷараёни тазриқ
Дар шароити ҷараёни буғишуда ҷараёни массаи самараноки гидроген дар манбаъ бо муносибати зерин ҳисоб карда мешавад:
\[ G_{eff} = C_d \frac{A p_{inj}}{\sqrt{RT_{inj}}} \sqrt{ \gamma \left( \frac{2}{\gamma+1} \right)^{\frac{\gamma+1}{\gamma-1}} } \]
Дар ин ҷо \(C_d\) коэффисиенти разряд, \(A\) масоҳати умумии сӯрохиҳои инжектор, \(p_{inj}\) фишори тазриқ, \(T_{inj}\) ҳарорати гидроген пеш аз тазриқ, \(R\) доимии махсуси газии гидроген ва \(\gamma\) таносуби гармии хосро ифода мекунанд.
Давомнокии тазриқ бошад бо:
\[ DOI = \frac{b_c}{G_{eff}}6n \]
ҳисоб карда шудааст. \(b_c\) миқдори гидроген дар як давр ва \(n\) суръати муҳаррикро ифода мекунад.
Намоиши таъсири қабатнокшавӣ дар модел
Таҳқиқот қабул мекунад, ки вақти байни анҷоми тазриқ ва оташгирӣ ба қабатнокшавии омехта таъсир мекунад ва коэффисиенти \(k_1\)-ро, ки дар модели асосёфта ба Wiebe истифода мешавад, тағйир медиҳад. Муҳаққиқон бо муқоисаи каҷҳои таҷрибавии сӯзиши муҳаррикҳои гуногун нишон додаанд, ки дар тазриқи дер таъсири таносуби ҳаво-сӯзишворӣ ба давомнокии сӯзиш нисбат ба тазриқи барвақт заифтар аст.
Такмили модел ба чаҳор фарзияи асосӣ такя мекунад: ҳассосияти муҳаррики асосӣ ба анҷоми тазриқ ба муҳаррики таҷрибавии муқоисашуда монанд аст; қабатнокшавӣ ба фосилаи вақти байни анҷоми тазриқ ва оташгирӣ мутаносиб аст; таъсири турбулентӣ, ки аз суръати муҳаррик ба вуҷуд меояд, дар омехтаҳои қабатнок ва якхела ба таври монанд тағйир меёбад; агар тазриқ зиёда аз 150 °CA пеш аз оташгирӣ анҷом ёбад, боз ҳам барвақттар кардани он дигар қабатнокшавиро ба таври назаррас тағйир намедиҳад. Ин фарзияҳо маҳдудиятҳои муҳими қобилияти умумисозии модел мебошанд.
Нуқтаи тарҳрезии бадастомада барои системаи тазриқ
Фишори максималии интихобшудаи 6 MPa ва масоҳати инжектори 3,08 mm² аз рӯи равзанаи дастрасии тазриқи тақрибан 100 °CA дар шароити бори баланд ва суръати баланд муайян шудаанд. Дар бори паст бошад, фишори доимии ягонаи 6 MPa шарти давомнокии минималии тазриқи 1,0 ms-ро қонеъ намекунад, аз ин рӯ истифодаи фишори тағйирёбандаи rail пешниҳод шудааст. Фишори минималии ҳисобшуда барои бекории 800 rpm 0,85 MPa мебошад.
Натиҷаҳои асосии ададӣ
| Натиҷаи илмӣ | Натиҷа дар таҳқиқоти манбаъ | Ҳадди тафсир |
|---|---|---|
| Шумораи нуқтаҳои корӣ | 348 | Симулятсияи математикии даври муҳаррик |
| Арзиши ҳадафии RIT барои тазриқи дер | %120 | Дар ҳамаи нуқтаҳои корӣ амалӣ намешавад |
| Фишори максималии тазриқ | 6 MPa | Арзиши тарҳрезии интихобшуда барои муҳаррики асосӣ |
| Фишори минималии тазриқ | 0,85 MPa | Ҳисоби бори паст/бекории 800 rpm |
| Масоҳати инжектор | 3,08 mm² | Барои муҳаррики асосӣ ва равзанаи интихобшудаи тазриқ |
| BTE-и максималии тазриқи барвақт | %38,8 | Арзиши ҳисобшудаи харитаи муҳаррик |
| BTE-и максималии тазриқи дер | %40,9 | Арзиши ҳисобшудаи харитаи муҳаррик |
| Меъёри максималии детонатсияи тазриқи дер | ≤ 0,86 | Меъёри модел; ченаки физикии детонатсия нест |
| NOx-и максималии тазриқи дер | 6167 ppm | Хусусан дар минтақаи λ > 1,6 номуайянии модел вуҷуд дорад |
Паёми умумии натиҷаҳои миқдорӣ ин аст, ки дар доираи модели таҳқиқот стратегияи тазриқи дер, ки қабатнокшавии омехтаро ба таври назоратшаванда зиёд мекунад, нисбат ба равиши тазриқи барвақт ва якхелатар тавозуни беҳтари самаранокӣ ба вуҷуд меорад. Аммо таҳқиқот нишон намедиҳад, ки ин натиҷа бо ҳамин параметрҳо ба геометрияҳои дигари муҳаррик интиқол дода мешавад.
Ёддошт оид ба манбаъ ва усул
Номи пурраи аслии таҳқиқот: Selection of Injection Parameters in Hydrogen SI Engines Using a Comprehensive Criterion-Based Approach
Муаллифон ва тартиб: Oleksandr Osetrov; Rainer Haas.
Саҳми баробар/муаллифи якуми баробар: Дар манбаъ чунин изҳорот вуҷуд надорад.
Муаллифи масъул: Oleksandr Osetrov.
Муассиса: Faculty of Automotive Systems and Production, TH Köln—University of Applied Sciences, 50679 Köln, Germany.
Маҷалла: Vehicles.
Ношир: MDPI, Basel, Switzerland.
Ҷилд / шумора / мақола: Ҷилд 8, Шумора 1, Мақола 14.
DOI: 10.3390/vehicles8010014.
Раванди нашр: 9 Декабр 2025 қабул шудааст, 1 Январ 2026 бозбинӣ шудааст, 8 Январ 2026 қабул шудааст ва 10 Январ 2026 нашр шудааст.
Навъи манбаъ ва ҳолати тақриз: Мақолаи тадқиқотии тақризшуда. Натиҷаҳои муҳаррики асосии таҳқиқот ба моделсозии математикӣ ва симулятсия асос ёфтаанд.
Пайванди расмӣ:https://doi.org/10.3390/vehicles8010014
Иҷозатнома: Иҷозатномаи дастрасии кушоди Creative Commons Attribution (CC BY).
Маблағгузорӣ: Гузориш шудааст, ки ҳаққи коркарди мақола (APC) аз ҷониби барномаи Philipp Schwartz Initiative-и Alexander von Humboldt Foundation маблағгузорӣ шудааст.
Дастрасии маълумот: Муҳаққиқон изҳор мекунанд, ки саҳмҳои аслии дар таҳқиқот пешниҳодшуда дар мақола мавҷуданд ва саволҳои иловагӣ метавонанд ба муаллифи масъул фиристода шаванд.
Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон дар робита ба раванди тадқиқот, муаллифӣ ва нашр бархӯрди эҳтимолии манфиатҳоро гузориш накардаанд.
Саҳми муаллифон: Консептуализатсия O.O. ва R.H.; усул, нармафзор, тасдиқ ва таҳқиқот O.O.; таҳлили расмӣ O.O. ва R.H.; захираҳо O.O.; идоракунии маълумот O.O. ва R.H.; тарҳи аввал O.O. ва R.H.; бозбинӣ ва таҳрир O.O. ва R.H.; визуализатсия O.O.; роҳбарӣ ва идоракунии лоиҳа R.H. анҷом додаанд.
Ҳадди усули илмӣ: Натиҷаҳои 348 нуқтаи кории муҳаррики гидрогенӣ дар асоси Ford 1.6 L EcoBoost аз таҷрибаҳои нави физикии муҳаррик не, балки аз модели ҳисоббарорӣ ба даст омадаанд. Қисмҳои муайяни модел бо истифода аз маълумоти таҷрибавии муҳаррикҳои гуногуни гидрогенӣ дар адабиёт муқоиса ва калибр карда шудаанд. Аз ин рӯ, таҳқиқотро ҳамчун тасдиқи таҷрибавии тамоми харитаи муҳаррик тафсир кардан дуруст нест.
Ҳадди NOx: Модел тақсимоти маҳаллии оксигенро дар омехтаи қабатнок бевосита ҳал намекунад. Муҳаққиқон ошкоро қайд кардаанд, ки махсусан дар шароити λ > 1,6 дар пешгӯиҳои NOx номуайянии назаррас вуҷуд дорад.
Ёддошти номутобиқатии дохили манбаъ 1: Дар Муодила (4) ифодаи чопшудае мавҷуд аст, ки аз ҷиҳати алгебравӣ бо таносуби критикии фишори тақрибан 0,52 мувофиқат намекунад. Ҳадди 0,52 pinj, ки дар ҳисобҳо ва шаклҳои таҳқиқот ошкоро истифода шудааст, нигоҳ дошта шуда, муодила бесадо ислоҳ нашудааст.
Ёддошти номутобиқатии дохили манбаъ 2: Матни пеш аз Шакл 6 муҳаррикҳои муқоисавиро бо 2000 rpm тавсиф мекунад, дар ҳоле ки дар зери Шакл 6 n = 1500 rpm навишта шудааст. Манбаъ ба таври возеҳ муайян намекунад, ки кадом арзиш дуруст аст.
Ёддошти номутобиқатии дохили манбаъ 3: Дар хулосаи кӯтоҳ афзоиши тақрибан %2 самаранокӣ бо ибораи “maximum indicated thermal efficiency” тавсиф шудааст, дар ҳоле ки натиҷаҳо ва бахши хулоса самаранокии максималии ҳароратии тормозӣ, яъне BTE-ро бо арзишҳои %38,8 ва %40,9 медиҳанд. Дар муқоисаи ададии ин матни Verianla натиҷаҳои BTE, ки дар манбаъ ошкоро гузориш шудаанд, истифода шудаанд.
Ин шарҳи Verianla аз ҷиҳати мундариҷаи илмӣ танҳо ба таҳқиқоти баррасишуда асос ёфтааст. Санҷиши беруна танҳо барои тасдиқи шахсияти библиографӣ, нашр ва маълумоти тақриз истифода шудааст; ба мақола аз манбаъҳои беруна ягон натиҷаи нави таҷрибавӣ ё илмӣ илова нашудааст.

Шарҳ гузоред
Нишонии почтаи электронии шумо нашр намешавад. Майдонҳои ҳатмӣ бо * нишон дода шудаанд