АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА
ANALYSIS OF FUEL COMBUSTION CHARACTERISTICS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящий документ относится к определению и анализу характеристик сгорания различных образцов топлива.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Для предсказания кпд сгорания топлива в конкретном двигателе можно измерить некоторые характеристики сгорания. Например, образцы топлива, которые можно использовать в двигателях с компрессионным воспламенением однородной смеси (HCCI), включая некоторые дизельные двигатели, часто анализируют для определения характеристик, известных как цетановое число и октановое число. Такие характеристики ранее были использованы при попытках содействия конструкторам двигателей в создании топливной смеси, пригодной для использования в конкретном HCCI-двигателе.
Октановое число может указывать на стойкость топлива к детонации. Например, топливо, имеющее высокое октановое число, будет стойким к самовозгоранию в большей степени, чем другое топливо, имеющее более низкое октановое число. Неконтролируемое самовозгорание топлива в двигателе является нежелательным, поскольку это приводит к явлению, известному как стук двигателя. Сильный удар обычно сопровождается быстрым подъемом давления и усилением вибрации, что может разрушить двигатель.
Цетановое число может указывать на способность топлива к самовоспламенению. Само по себе, цетановое число может повлиять на способность двигателя к запуску в холодном состоянии, на выхлопы двигателя и на коэффициент полноты сгорания топлива в двигателе. Например, в типичном дизельном двигателе топливо зажигается горячим воздухом (например, нагретым при сжатии). Топливо обычно впрыскивают в этот горячий воздух непосредственно перед тем, как поршень достигает положения верхней мертвой точки, а во многих конструкциях зажигание должно начинаться непосредственно, когда поршень достигает этого положения. Если топливо не зажигается, когда поршень находится в положении верхней мертвой точки, вся загрузка топлива может оказаться полностью перемешанной с воздухом, вызывая, таким образом, резкий рост давления, когда топливо в конце концов воспламенится. Следовательно, дизельный двигатель, который функционирует с топливом, имеющим цетановое число, меньшее, чем рекомендуется, трудно будет запустить, а также обычно он бывает более шумным, может функционировать резко, а также он может иметь повышенные выхлопы.
Поскольку октановое число и цетановое число конкретного топлива могут означать противоположные характеристики, в этом случае обычно повышенное цетановое число приводит к пониженному октановому числу и наоборот. Как правило, для конструктора двигателя требовалось тестировать различные топливные смеси для определения индивидуальных цетановых чисел или октановых чисел и для последующего выбора топлива, обладающего желаемым компромиссным цетановым числом и октановым числом для использования в конкретном двигателе. В некоторых обстоятельствах эти характеристики (цетановое число и октановое число) сами по себе не являются адекватным показателем кпд топлива в конкретных двигателях, включая некоторые HCCI-двигатели, в которых используют сочетания октанового и цетанового числа.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Некоторые варианты воплощения для определения характеристик сгорания могут быть пригодными для автоматического определения и отображения нескольких характеристик сгорания на многоосевом графике. В таких вариантах воплощения одиночное испытание на сгорание в камере контролируемого сгорания может обеспечить пользователя автоматическим анализом и предоставить возможность отображения трех, четырех, пяти, шести или более характеристик сгорания. Например, система может быть пригодна для автоматического анализа и отображения многих характеристик сгорания, включая задержку зажигания, максимальное давление сгорания, максимальную температуру сгорания, интенсивность тепловыделения, продолжительность сгорания и время, в течение которого развивается максимальное давление. При этих обстоятельствах пользователь может видеть одиночный график или другой отображенный отчет, из которого легко можно получить исчерпывающую информацию, относящуюся к конкретным характеристикам сгорания топлива.
В некоторых вариантах воплощения способ для определения пригодности к эксплуатации топлива в двигателе может включать в себя идентифицирующие значения, по меньшей мер, для трех характеристик сгорания тестируемого топлива. По меньшей мере, три характеристики сгорания можно выбрать из группы, состоящей из задержки зажигания, максимального перепада давлений, максимального перепада температур, интенсивности тепловыделения, продолжительности сгорания и времени, в течение которого развивается максимальное давление. Способ также может включать в себя использование идентифицированных значений для оценки соответствия требованиям тестируемого топлива для эксплуатации данной конфигурации двигателя.
В некоторых вариантах воплощения способ оценки характеристик сгорания топлива может включать в себя определение значений, по меньшей мере, для трех характеристик сгорания топлива. По меньшей мере, три характеристики сгорания можно выбрать из группы, состоящей из задержки зажигания, максимального перепада давлений, максимального перепада температур, интенсивности тепловыделения, продолжительности сгорания и времени, в течение которого развивается максимальное давление. Способ также может включать в себя увязку полученных значений с конкретным топливом.
В некоторых вариантах воплощения способ для оценки характеристик сгорания топлива может включать в себя определение значения, по меньшей мере, для одной характеристики сгорания топлива, выбранной из группы, состоящей из интенсивности тепловыделения и продолжительности сгорания. Способ также может включать в себя увязку полученных значений с конкретным топливом.
В конкретных вариантах воплощения осуществляемый с помощью компьютера способ предоставления отчета о характеристиках сгорания топлива может включать в себя получение данных, в которых указаны давление и температура в камере сгорания при заданной скорости подачи образца в ходе сгорания топлива в камере сгорания. Способ также может включать в себя определение значений для множества характеристик сгорания, связанных с топливом, сжигаемым в камере сгорания. Многие характеристики сгорания могут включать в себя, по меньшей мере, три характеристики, выбранные из группы, состоящей из: задержки зажигания, максимального перепада давлений, максимального перепада температур, интенсивности тепловыделения, продолжительности сгорания и времени, в течение которого развивается максимальное давление. Способ также может включать в себя создание итогового отчета, в котором указаны выявленные или вычисленные значения, по меньшей мере, трех характеристик сгорания. Выходной отчет может включать в себя определенные или вычисленные значения, по меньшей мере, трех характеристик сгорания, отображенных на многоосевом графике, причем многоосевой график может содержать ось для каждой, по меньшей мере, из трех характеристик сгорания.
В некоторых вариантах воплощения способ идентификации характеристик сгорания топлива может включать в себя настройку компьютерной системы для определения значений для нескольких характеристик сгорания, связанных с первым топливом, сжигаемым в камере сгорания. Несколько характеристик сгорания могут включать в себя, по меньшей мере, три характеристики, выбранные из группы, состоящей из: задержки зажигания, максимального перепада давлений, максимального перепада температур, интенсивности тепловыделения, продолжительности сгорания и времени, в течение которого развивается максимальное давление. Способ также может включать в себя введение первого топлива в камеру сгорания, в результате чего первое топливо сгорает. Камера сгорания может включать в себя один или несколько датчиков, которые электрически связаны с вычислительной системой. Способ может дополнительно включать в себя визуальное отображение выходного отчета, генерируемого вычислительной системой, показывающей выявленные или вычисленные значения, по меньшей мере, трех характеристик сгорания. Выходной отчет может включать в себя многосевой график, содержащий ось для каждой, по меньшей мере, из трех характеристик сгорания.
Эти и другие варианты воплощения могут обеспечить одно или несколько из следующих преимуществ. Во-первых, многие характеристики сгорания можно определить из одиночного испытания на сгорание. Например, одиночное испытание на сгорание может дать значения на пять или шесть характеристик сгорания, которые можно связать с протестированным топливом для получения полезной информации для конструктора двигателя или для разработчика топлива. Во-вторых, многие характеристики сгорания могут быть отражены на многоосевом графике, в результате чего пользователь может легко собрать полезную информацию, относящуюся к конкретному топливу при рассмотрении каждого отдельного графика. Например, если система анализирует шесть характеристик сгорания (например, задержки зажигания, максимальное давление сгорания, максимальную температуру сгорания, интенсивность тепловыделения, продолжительность сгорания и время, в течение которого развивается максимальное давление), шестиосевой график можно отображать таким образом, чтобы каждая ось отображала шкалу значений для соответствующей характеристики. Таким образом, пользователь, рассматривающий шестиосевой график, легко может собрать всю полезную информацию о тестируемом топливе из рассмотрения отдельного графика, связанного с тестируемым топливом, и, таким образом, экономить время, затрачиваемое обычно на тестирование и анализ характеристик топлива.
В-третьих, многоосевой график или другой отображенный отчет, в котором сообщается о нескольких характеристиках сгорания тестируемого топлива, можно использовать в качестве форм-фактора топлива, который можно легко анализировать и сопоставлять по нему различные топливные смеси. Например, если при тестировании новой конструкции двигателя обнаруживается, что первая топливная смесь обеспечивает удовлетворительный кпд двигателя при низкой температуре, тогда как вторая топливная смесь обеспечивает удовлетворительный кпд при высокой температуре, проектировщик двигателя может эффективно сравнить, например, расположенные параллельно или наложенные многоосевые графики, связанные с первой и второй топливными смесями, для идентификации или классификации диапазона желаемых характеристик сгорания. В данном примере проектировщик двигателя может изменить конструкцию двигателя (например, отрегулировать коэффициент сжатия, положение поршня и т.п.), чтобы одна из двух смесей, первая или вторая, функционировала удовлетворительно как при холодной, так и при горячей температуре. В дополнение или в качестве альтернативы, пользователь может разработать третью топливную смесь, которая функционирует удовлетворительно как при холодной, так и при горячей температуре, и такая разработка может быть основана (по меньшей мере, частично) на сведениях, полученных из количественного или качественного сравнения многоосевых графиков, связанных с первой и второй топливными смесями. В некоторых вариантах воплощения форм-фактор топлива может быть, по меньшей мере, частично задан формой многоосевого графика. В других вариантах воплощения форм-фактор топлива может быть, по меньшей мере, частично задан значением площади под кривой на многосевом графике, так что различные образцы топлива могут различаться различными значениями площади под кривой при конкретных ординатах.
В-четвертых, данные, полученные с многоосевого графика, можно вводить в систему моделирования двигателя (например, внедренную в вычислительную систему и т.п.) для обеспечения обратной связи для некоторых критериев характеристик сгорания топлива. Следовательно, данные с многоосевого графика могут облегчить конструирование двигателя внутреннего сгорания или проектирование топлива, изготовленного согласно специальным техническим условиям, применяемого в известном двигателе, позволяя проектировщику легко моделировать функционирование одного или нескольких образцов топлива в системе моделирования двигателя.
Подробности одного или нескольких вариантов воплощения изобретения изложены в прилагаемых чертежах и описании, приведенном ниже. Другие особенности, задачи и преимущества изобретения станут ясными из описания и чертежей, а также из формулы изобретения.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 представляет собой схематическое изображение аналитической системы измерений, соответствующей некоторым вариантам воплощения изобретения.
Фиг.2 - вид спереди дисплея компьютера системы согласно фиг.1.
Фиг.3A - блок-схему, иллюстрирующую способ для определения характеристик сгорания топлива в соответствии с некоторыми вариантами воплощения изобретения.
Фиг.3B - блок-схему, иллюстрирующую способ для предоставления отчета о характеристиках сгорания топлива в соответствии с некоторыми вариантами воплощения изобретения.
Фиг.4 - пример отчетной таблицы для характеристики задержки зажигания, измеренной в соответствии с некоторыми вариантами воплощения изобретения.
Фиг.5 - пример многоосевого графика, иллюстрирующего значения для характеристики задержки зажигания согласно фиг.4.
Фиг.6 - пример отчетной таблицы для характеристики максимального перепада давлений, измеренной в соответствии с некоторыми вариантами воплощения изобретения.
Фиг.7 - пример многоосевого графика, иллюстрирующего значения для характеристики максимального перепада давлений согласно фиг.6.
Фиг.8 - пример отчетной таблицы для характеристики максимального перепада температур, измеренной в соответствии с некоторыми вариантами воплощения изобретения.
Фиг.9 - пример многоосевого графика, иллюстрирующего значения для характеристики максимального перепада температур согласно фиг.8.
Фиг.10 - пример отчетной таблицы для характеристики интенсивности тепловыделения, измеренной в соответствии с некоторыми вариантами воплощения изобретения.
Фиг.11 - пример многоосевого графика, иллюстрирующего значения для характеристики интенсивности тепловыделения согласно фиг.10.
Фиг.12 - пример отчетной таблицы для характеристики продолжительности сгорания, измеренной в соответствии с некоторыми вариантами воплощения изобретения.
Фиг.13 - пример многоосевого графика, иллюстрирующего значения для характеристики продолжительности сгорания согласно фиг.12.
Фиг.14 - пример отчетной таблицы для характеристики времени, в течение которого развивается максимальное давление, измеренной в соответствии с некоторыми вариантами воплощения изобретения.
Фиг.15 - пример многоосевого графика, иллюстрирующего значения для характеристики времени, в течение которого развивается максимальное давление, согласно фиг.14.
Фиг.16 - пример многоосевого графика, который можно использовать в качестве форм-фактора топлива в соответствии с некоторыми вариантами воплощения изобретения.
Одинаковые номера ссылок на различных чертежах означают одинаковые элементы.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ
Что касается фиг.1, то представленная на нем аналитическая измерительная система 100 может включать в себя камеру 102 сгорания и систему 104 впрыска топлива. В данном варианте воплощения камера 102 сгорания может включать в себя камеру сгорания постоянного объема, которая вмещает в себя образец топлива из системы 104 впрыска. Другие варианты воплощения могут включать в себя камеру сгорания с изменяемым объемом. Система может также включать в себя несколько измерительных датчиков 108, 110, 112, 114, 116, 117, 118, 120 и 122, сконфигурированных таким образом, чтобы они сообщались с системой 124 управления. В дополнение, система может включать в себя систему 106 охлаждения и одну или несколько 126, 128 источников сжатого воздуха.
Аналитическую измерительную систему 100 можно использовать для определения нескольких характеристик сгорания тестируемого топлива, таких как задержка зажигания (ID), максимальный перепад давлений (MDP), максимальный перепад температур (MDT), интенсивность тепловыделения (ROHRA), продолжительность сгорания (CP), время, в течение которого развивается максимальное давление (TAMPD), и т.п. В данном варианте воплощения характеристики сгорания можно определять с помощью аналитической измерительной системы 100, в которой использованы данные с одного или нескольких датчиков 108, 110, 112, 114, 116, 117, 118, 120 и 122, которые измеряют давления, температуры или другие параметры, когда образец топлива сжигают в камере 102 сгорания. В некоторых вариантах воплощения камеру 102 сгорания можно использовать для моделирования условий процесса сгорания двигателя HCCI, такого как существующий или прототипный дизельный двигатель. Выходные данные с датчиков 108, 110, 112, 114, 116, 117, 118, 120 и 122 могут быть приняты системой 124 управления для определения (например, непосредственного измерения датчиком вычислительного алгоритма, статистического расчета, математического преобразования или вывода математического выражения, других определительных технологий или их сочетаний) характеристик сгорания.
Камера 102 сгорания может включать в себя цилиндрический 130 блок, имеющий практически постоянный объем. В данном варианте воплощения, например, практически постоянный объем цилиндрического блока может составлять 0,60 ± 0,03 л. Дополнительно, камера 102 сгорания может включать в себя несколько внешних 132 нагревающих элементов, теплозащитный 134 экран, впускной 136 клапан и выхлопной 138 клапан. Отверстие 140 в первом конце камеры 102 сгорания может обеспечивать вставление блока 142 топливной форсунки, и множество отверстий 144 во втором конце камеры 102 сгорания могут обеспечивать вставление воздухопровода 146 всасываемого воздуха, выхлопного 148 воздухопровода и множества датчиков 110, 114 и 116.
В данном варианте воплощения один конец воздухопровода 146 для всасываемого воздуха может иметь сообщение по текучей среде с одним из отверстий 144 в дне камеры 102 сгорания, а противоположный конец воздухопровода 146 для всасываемого воздуха может иметь сообщение по текучей среде с источником 128 воздуха турбонаддува. Воздуховод 146 для всасываемого воздуха может подавать воздух турбонаддува в камеру 102 сгорания перед тем, как это сгорание произойдет (более подробно описан ниже). Введение всасываемого воздуха в камеру 102 сгорания можно регулировать посредством впускного 136 клапана, который в некоторых вариантах воплощения может иметь электронный привод, может измерять количество всасываемого воздуха или то и другое. Дополнительно, воздухопровод 146 для всасываемого воздуха может включать в себя предохранительный 150 клапан, который действует в качестве резервного оборудования в случае повреждения впускного 136 клапана. Подачу сжатого газа из источника 128 воздуха, поступающего в камеру сгорания, можно регулировать регулятором. В одном примере регулятор представляет собой двухступенчатый регулятор, пригодный для регулирования давления всасываемого воздуха и доведения его давления до минимального значения, например примерно до 2,40 МПа. Однако и другие одноступенчатые или многоступенчатые регуляторы, а также меньшие или большие значения минимального давления находятся в рамках объема изобретения.
Дополнительно, что касается фиг.1, один конец выхлопного 148 воздуховода может иметь сообщение по текучей среде с одним из отверстий 144 в дне камеры 102 сгорания, а противоположный конец выхлопного 148 воздуховода может иметь сообщение по текучей среде с системой 152 вытяжной вентиляции. Выхлопной 148 воздуховод может выпускать побочные продукты процесса сгорания из камеры 102 сгорания. Выпуск побочных продуктов процесса сгорания из камеры 102 сгорания можно регулировать выхлопным 138 клапаном, который в некоторых вариантах воплощения может иметь электронный привод. Выхлопной 148 воздуховод может содержать встроенный 154 фильтр, который частично отфильтровывает побочные продукты процесса сгорания.
Система 104 впрыска топлива может включать в себя насос 156 для впрыска топлива, привод 158 насоса для впрыска, описанный ранее блок 142 топливной форсунки и резервуар 160 для пробы топлива. При таких обстоятельствах можно настроить систему 104 впрыска топлива на подачу образца топлива из резервуара 160 в камеру сгорания (например, через блок 142 форсунки).
Блок 142 топливной форсунки может включать в себя топливную 162 форсунку, такую как стандартная форсунка с одним отверстием или стандартная форсунка с несколькими отверстиями. Топливная 162 форсунка может содержать подпружиненное 164 игловидное удлинение, которое включает в себя болт и контргайку 166 для регулирования давления открытия топливной 162 форсунки. Дополнительно, блок 142 топливной форсунки может включать в себя прокачной канал 168 для топлива, который допускает сообщение по текучей среде с одним или несколькими внешними 170 прокачными 170 клапанами (для прокачки топлива из блока 142 топливной форсунки). Внешние 170 прокачные клапаны могут иметь сообщение по текучей среде со сливом 172 отходов образца через дренажную 174 линию. Блок 142 топливной форсунки может включать в себя датчик 122 перемещения впрыскивающей форсунки, установленный вблизи вершины подпружиненного 164 игловидного удлинения. Датчик 122 перемещения впрыскивающей форсунки можно использовать для определения времени подъема подпружиненного 164 игловидного удлинения, что позволяет, таким образом, контролировать систему 124 для определения начала, конца и продолжительности периода впрыска топлива.
Блок 142 топливной форсунки может быть связан с насосом 156 для впрыска топлива. Насос 156 для впрыска топлива может подавать топливо в блок 142 топливной форсунки через внутренний 175 подающий топливный канал. В некоторых вариантах воплощения система 104 впрыска топлива аналитической 100 измерительной системы может быть снабжена пневматическим приводом. С этой целью насос 156 для впрыска топлива может быть соединен с приводом 158 насоса для впрыска, который может иметь жидкостное сообщение с источником 126 сжатого воздуха через подающий 176 воздушный трубопровод. Подачу сжатого воздуха из источника 126 сжатого воздуха в привод 158 насоса для впрыска можно регулировать регулирующим 112 манометром с переключателем. В данном варианте воплощения регулирующий 112 манометр с переключателем может представлять собой двухступенчатый регулятор, пригодный для настройки выходного давления до минимального значения, например примерно 0,75 МПа. Использование одноступенчатых или многоступенчатых регуляторов, а также меньших или больших минимальных давлений находится в пределах объема настоящего изобретения. Сама по себе подача сжатого воздуха из источника 126 сжатого воздуха в привод 158 насоса для впрыска (контролируемый посредством регулирующего 178 клапана) вызывает механическое воздействие привода 158 насоса для впрыска на насос 156 для впрыска топлива. В других вариантах воплощения систему впрыска топлива можно запускать путем полного или частичного использования гидравлических или электрических систем.
Еще раз обращаясь к фиг.1, следует отметить, что резервуар 160 для образца топлива может иметь практически фиксированный объем, например примерно 100 мл. Резервуар 160 может содержать корпус 180 резервуара и крышку 182 резервуара, которая может быть подвижно закреплена через резьбовое, защелочное или болтовое соединение. Резервуар 160 может иметь жидкостное сообщение с источником 126 сжатого воздуха через пневматический трубопровод 184 для подачи сжатого воздуха. Подачу сжатого воздуха из источника 126 сжатого воздуха в резервуар 160 можно регулировать клапаном 186 резервуара. Резервуар 160 может иметь жидкостное сообщение с насосом 156 для впрыска топлива через трубопровод 187 для подачи топлива. Система 106 охлаждения может включать в себя систему циркулирующего теплоносителя замкнутого цикла для контроля температуры топливной 162 форсунки.
Система 106 охлаждения может включать в себя дополнительный 188 теплообменник со встроенным циркуляционным насосом и расходными клапанами для контроля потока хладагента. Хладагент может циркулировать между дополнительным 188 теплообменником и топливной 162 форсункой по трубопроводу 190 для подачи хладагента и трубопроводу 192 для возврата хладагента. Охлаждающая жидкость может содержать воду, антифриз на основе этиленгликоля, смесь воды и антифриза на основе этиленгликоля (например, в соотношении 50:50 по объему) и т.п.
Как показано на фиг.1, аналитическая 100 измерительная система может включать в себя несколько датчиков 108, 110, 112, 114, 116, 117, 118, 120 и 122. В данном варианте воплощения, по меньшей мере, некоторые датчики 108, 110, 112, 114, 116, 117, 118, 120 и 122 можно использовать для измерения таких параметров, как давление, температура или другие параметры в рамках действия аналитической 100 измерительной системы. Например, датчики могут включать в себя датчик 108 статистического давления, датчик 110 динамического давления, манометр 112, показывающий давление впрыска, датчик 114 температуры внутренних стенок, датчик 116 температуры воздуха, поступающего в камеру сгорания, датчик 117 температуры впрыска топлива, датчик 118 температуры форсунки, датчик 120 системы охлаждения и датчик 122 перемещения форсунки.
Датчик 108 статического давления может представлять собой преобразователь давления, установленный для выявления статического давления в камере 102 сгорания до и после каждого цикла сгорания. Датчик 110 динамического давления также может представлять собой преобразователь давления. Датчик 110 динамического давления может быть сконфигурирован для выявления давления в камере сгорания при заданном периоде подачи образца в ходе каждого цикла сгорания. Например, период подачи образца в датчике 110 динамического давления 110 может составлять 0,2 мс или менее, также может составлять 0,1 мс или менее и, кроме того, может составлять приблизительно 0,05 мс, причем каждое появление образца может происходить с интервалом примерно 100 мс. В некоторых вариантах воплощения датчик 110 динамического давления может включать в себя встроенный датчик температур для одновременного определения температуры в камере 102 сгорания.
Манометр 112, показывающий давление впрыска, может представлять собой калиброванный регулятор давления, установленный между источником 126 сжатого воздуха и приводом 158 насоса для впрыска. В данном варианте воплощения манометр 112, показывающий давление впрыска, сконфигурирован для отображения и регулирования давления воздуха в подающем 176 воздушном трубопроводе.
Датчик 114 температуры внутренних стенок может представлять собой термопару, такую как термопара K-типа с кожухом из нержавеющей стали, которая может быть прикреплена к внутренней 130 поверхности цилиндрического блока. Датчик 114 температуры внутренних стенок может быть сконфигурирован для отображения температуры внутренней поверхности цилиндрического 130 блока.
Датчик 116 температуры воздуха, поступающего в камеру сгорания, также может представлять собой термопару, такую как термопара K-типа с кожухом из нержавеющей стали, которая может быть вставлена во внутреннее пространство камеры 102 сгорания. Датчик 116 температуры воздуха, поступающего в камеру сгорания, может быть сконфигурирован для отображения температуры в камере 102 сгорания до, во время и после процесса сгорания.
В данном варианте воплощения датчик 117 температуры впрыска топлива может представлять собой платиновый термометр сопротивления с кожухом из нержавеющей стали, который может быть вставлен в насос 156 для впрыска топлива. При таких обстоятельствах датчик 117 температуры впрыска топлива может быть пригоден для определения температуры насоса 156 для впрыска топлива. В данном варианте воплощения датчик 118 температуры форсунки также может представлять собой платиновый термометр сопротивления с кожухом из нержавеющей стали, который может быть вставлен в блок 142 топливной форсунки для определения температуры топливной 162 форсунки. Датчик 120 температуры хладагента может представлять собой внешний датчик, который можно использовать для определения температуры хладагента в дополнительном 188. Датчик 122 перемещения впрыскивающей форсунки может быть сконфигурирован для обеспечения достаточного зазора между чувствительной поверхностью и концом подпружиненного 164 игловидного удлинения. Такая конфигурация позволяет датчику 122 определять начало и конец впрыска топлива, и эти данные может использовать система 124 контроля для вычисления продолжительности периода впрыска топлива.
Датчики 108, 110, 112, 114, 116, 117, 118, 120 и 122 могут быть соединены с системой 124 управления через плату контроллера 194 и т.п. В данном варианте воплощения карта 194 контроллера может содержать цепь контроллера и может быть соединена через кабель 196, такой как кабель USB, с вычислительной 198 системой. В качестве альтернативы, карту 194 контроллера можно вставлять непосредственно в вычислительную 198 систему. В некоторых вариантах воплощения компьютер 198 может представлять собой систему персональных компьютеров, имеющую корпус 200 компьютера, и дисплей 202. Корпус 200 компьютера может содержать интерфейс ввода/вывода 204, процессор 206 и память ЭВМ 208 (например, машинно-считываемый носитель, такой как полупроводниковые запоминающие устройства, устройства флэш-памяти, магнитные диски, включая внутренние жесткие диски, или съемные диски, или магнитооптические диски), для обеспечения автоматизированного контроля определенных компонентов, предназначенных для анализа процесса сгорания. Например, процессор 206 может быть сконфигурирован для выполнения программного обеспечения компьютера, хранимого в памяти 208, чтобы компьютерное программное обеспечение могло получать данные с датчиков, обрабатывать эти данные и генерировать выходной отчет 210, который отображает множество характеристик сгорания на дисплее 202. Выходной 210 отчет можно сохранять в памяти 208 компьютера, а также отображать на дисплее 202.
Из рассмотрения фиг.2 видно, что вычислительная 198 система может снабжать пользователя выходным 210 отчетом, который одновременно отображает значения многих характеристик сгорания. В данном варианте воплощения выходной 210 отчет содержит многоосевой график 212, показывающий значения для шести характеристик сгорания: ID, MDP, MDP, ROHRA, CP и TAMPD. Например, значения для характеристики сгорания ID (задержка зажигания) можно нанести на ось 214 ID. Аналогично, значения для характеристики сгорания MDP (максимальный перепад давлений) можно нанести на ось 216 MDP, значения для характеристики сгорания MDT (максимальный перепад температур) можно нанести на ось 218 MDT, значения для характеристики сгорания ROHRA (интенсивность тепловыделения) можно нанести на ось 220 ROHRA, значения для характеристики сгорания CP (период сгорания) можно нанести на ось 222 CP, а значения для характеристики сгорания TAMPD (время, в течение которого развивается максимальное давление) можно нанести на ось 224 TAMPD. Многоосевой 212 график может включать в себя линию (например, пунктирную линию в данном варианте воплощения, показанном на фиг.2), соединяющую точки значений на каждой оси, обеспечивая, таким образом, форму, которая может быть различной для каждого тестируемого топлива, в зависимости от характеристик сгорания каждого из образцов топлива. Полученный в результате многоосевой 212 график может служить в качестве форм-фактора топлива, который можно использовать для количественного или качественного описания характеристик сгорания одного или нескольких образцов топлива.
Следует понимать, что многоосевой 212 график может иллюстрировать значения для многих характеристик сгорания, помимо этих шести характеристик. Например, в некоторых вариантах воплощения многоосевой 212 график может иллюстрировать набор из трех характеристик сгорания (например, набор из таких трех характеристик, как ID, ROHRA и TAMPD; ID, MDP и CP и т.п.). В другом примере многоосевой 212 график может иллюстрировать две, три, четыре, пять или более характеристик сгорания. При таких обстоятельствах многоосевой график может содержать ось для каждой из выбранных характеристик сгорания. Система 100 и система 124 контроля (фиг.1) могут быть сконфигурированы для определения, по меньшей мере, выбранных характеристик сгорания. Кроме того, следует понимать, что многоосевой 212 график или другая часть выходного 210 отчета может дополнительно или в качестве альтернативы показывать значения характеристик сгорания, отличных от ранее описанных характеристик ID, MDP, MDP, ROHRA, CP и TAMPD. Например, в некоторых вариантах воплощения многоосевой 212 график может иллюстрировать значения для таких характеристик сгорания, как цетановое число, октановое число, содержание ароматических соединений и т.п., в дополнение к одному или нескольким значениям характеристик ID, MDP, MDP, ROHRA, CP и TAMPD. По желанию система 100 и система 124 контроля (фиг.1) могут быть сконфигурированы для определения этих альтернативных характеристик сгорания.
В некоторых вариантах воплощения выходной отчет 210, отображаемый на дисплее 202, может иллюстрировать график 226 отслеживания давления, в котором указаны данные, полученные с датчика 110 динамического давления в камере 102 сгорания перед событием сгорания и в ходе него. График 226 отслеживания давления можно использовать для графического отображения задержки 228 зажигания при сгорании. В данном варианте воплощения задержку 228 зажигания можно определять как приблизительное время от начала впрыска 230 до начала сгорания 232 (начало сгорания 232 можно определять из выявленного изменения давления выше исходного статического 234 давления в камере 102 сгорания, созданного с начала события сгорания). Дополнительно, график 226 отслеживания давления можно использовать для графического отображения максимального давления 236 сгорания, созданного в ходе протекания цикла сгорания. Следует понимать, что в дополнение или в качестве альтернативы отображению графика 226 отслеживания давления внешний отчет 210 может отображать также график отслеживания температуры (например, указание данных, получаемых с датчика 116 температуры воздуха, поступающего в камеру сгорания, перед событием сгорания и после него), график отслеживания производного давления (например, полученного из данных датчика 110 динамического давления перед событием сгорания и после него) и т.п.
Обращаясь также к фиг.2, можно видеть, что выходной 210 отчет, отображенный на дисплее 202, также может показывать область 238 цифрового дисплея, на котором отображены значения характеристик сгорания (например, ID3 MDP, MDP, ROHRA, CP и TAMPD), определенные аналитической измерительной системой 100. Путем выбора протестированного ранее топлива (например, топлива A, топлива B, топлива C или топлива D) из раскрывающегося меню 240, характеристики сгорания различных образцов топлива можно в качестве альтернативы размещать в области 238 цифрового дисплея и на многоосевом графике 212.
Полученные ранее характеристики сгорания одного или нескольких образцов топлива могут быть размещены по отдельности или одновременно на многоосевом графике 212, с использованием иллюстративно-изобразительной врезки 242. На иллюстративно-изобразительной врезке 242 можно выбрать один или несколько образцов топлива (например, пользователь выбирает наименования топлива щелчком на кнопке мыши или с помощью другого устройства ввода). Выбирая кнопку 244 загрузки, компьютер 198 загружает выбранный выходной отчет (отчеты) из памяти 208. Далее, выбирая кнопку 246 ввода режима сравнения, компьютер 198 генерирует выходной отчет 210, который размещается на дисплее 202. Выходной отчет 210 включает в себя график характеристик сгорания одного или нескольких выбранных характеристик образцов топлива на многоосевом графике 212. Далее, на дисплее 202 могут быть одновременно показаны графики 226 отслеживания давления для каждого из выбранных образцов топлива.
В данном варианте воплощения выбор кнопки 248 редактирования позволяет редактировать исходные данные в выходном отчете 210. В дополнение или в качестве альтернативы, кнопка 248 редактирования может позволять пользователю редактировать метки осей, надписи на графике, надписи рядом с линиями, цвет линий, ориентацию графика, расположение осей на графике и вносить другие правки. Выбор кнопки 250 изменения масштаба позволяет изменить масштаб многоосевого графика 212 или графика 226 отслеживания давления. Можно изменять масштаб графиков до достижения наилучшего соответствия масштаба, до достижения масштаба, заданного пользователем, и т.п. Дополнительно, кнопка 252 сохранения может позволить сохранять в памяти 208 выходной отчет 210 и другие данные, отображаемые в данный момент на мониторе 202.
Обращаясь к фиг.3A, можно видеть, что один образцовый способ 300 определения характеристик сгорания тестируемого топлива может включать в себя операцию 305 запуска и прогревания камеры 102 сгорания. Например, клапан 136 для воздуха, поступающего в камеру сгорания (фиг.1), у источника 128 воздуха, поступающего в камеру сгорания, может быть открыт для наполнения камеры 102 сгорания воздухом. Регуляторы давления источника воздуха, поступающего в камеру сгорания (не показан на фиг.1), можно по необходимости отрегулировать для обеспечения статического давления в камере 102 сгорания, равного, например, 2,4±0,02 МПа. В данном варианте воплощения способа 300 камеру 102 сгорания можно наполнять воздухом, который содержит смесь примерно 20,9% кислорода, примерно 78-79% азота и других газов, имеющихся в атмосфере, взятых в малых процентных содержаниях. Компьютер 198, систему 106 охлаждения и источник 126 сжатого воздуха можно активировать в рамках операции 305 запуска и нагрева. Последовательность нагрева можно инициировать, используя систему 124 контроля (например, осуществляя последовательность запуска на компьютере 198). В ходе выполнения последовательности нагрева камеру 102 сгорания нагревают до достижения равновесной температуры, например, примерно 575°C.
Способ 300 также может включать в себя операцию 310 фильтрации и приготовления образца топлива. Например, пользователь может отфильтровывать топливо при комнатной температуре, используя стеклянный шприц и одноразовый фильтрующий элемент для приготовления топлива, например образца топлива примерно 220 мл или более. В ходе выполнения операции 315 способа 300 крышку 182 резервуара (фиг.1) можно снимать с корпуса 180 резервуара, а корпус 180 резервуара можно наполнять топливом. Крышку 182 резервуара можно затем устанавливать повторно. Все топливо можно пропускать через систему впрыска топлива до полного опорожнения резервуара 160. При выполнении операции 315 крышку 182 резервуара можно затем снимать, а корпус 180 резервуара заново заполнять топливом. Затем крышку 182 резервуара можно устанавливать снова.
Обращаясь также к фиг.3, можно видеть, что способ 300 может включать в себя операцию 325 запуска автоматического определения характеристик сгорания. При выполнении операции 325 определение характеристик сгорания можно запускать, используя компьютерную систему 198 или другую часть системы 124 контроля (фиг.1). В ходе и после запуска, описанного в операции 325, небольшую порцию топлива можно впрыскивать в нагретую камеру 102 сгорания с регулируемой температурой, которую предварительно загрузили сжатым воздухом. В данном варианте воплощения каждый впрыск может вызвать одиночное событие сгорание вследствие компрессионного воспламенения. Некоторые варианты воплощения системы 100 можно обеспечить для определения значений для таких характеристик сгорания, как ID, MDP5 MDT, ROHRA, CP, TAMPD и т.п. (описанных, например, в сочетании с фиг.4-16).
При осуществлении операции 330 можно контролировать одно или несколько событий сгорания в камере сгорания. Например, пользователь может контролировать сгорание, чтобы удостовериться, что время впрыска находится в рамках требуемого диапазона, такого как 4,0-6,0 мс. В некоторых вариантах воплощения можно осуществлять более полную последовательность испытаний путем запуска системы 100 для выполнения двух заранее подготовленных событий сгорания и нескольких последующих событий сгорания (например, трех, пяти, десяти, пятнадцати, двадцати, двадцати пяти, или более), в ходе которых события сгорания контролирует пользователь, а датчики передают данные для осуществления каждого из последующих событий сгорания. При этих обстоятельствах события сгорания можно контролировать, например, для подтверждения того, что средний период впрыска и отдельные периоды впрыска находятся в пределах требуемого диапазона, например в пределах среднего периода впрыска 5,00±0,25 мс, и отдельных периодов впрыска 4,0-6,0 мс. Если средний период впрыска или отдельные периоды впрыска выходят за пределы соответствующих пределов, может потребоваться регулировка, например регулировка топливной 162 форсунки и подпружиненного 164 игловидного удлинения. Вслед за любой подобной регулировкой способ 300 можно повторять, начиная с приготовления большего количества топлива 310. Если как средний период впрыска, так и отдельные периоды впрыска находятся в заданных пределах, испытание может быть принято, а результаты могут быть проанализированы.
Способ 300 также может включать в себя операцию 335 визуализации выходного отчета, генерируемого системой 100. При осуществлении операции 335 выходной 210 отчет может быть генерирован компьютерной системой 198 и отображен на дисплее 200 (например, смотрите фиг.2). Выходной 210 отчет может включать в себя значения, определенные для нескольких характеристик сгорания, таких как ID, MDP, MDT, ROHRA, CP, TAMPD и т.п.
При осуществлении операции 345 пользователь может выполнить опцию сравнения выходного 210 отчета с одним или несколькими выходными 210 отчетами о ранее протестированных образцах топлива. Например, при осуществлении операции 350 пользователь может сравнить выходные 210 отчеты для одного или нескольких образцов топлива - A3, B, C и D, как ранее было описано в связи с фиг.2. Полученные ранее значения характеристик сгорания тестируемых образцов топлива можно отображать на многоосевом графике 212 по отдельности или одновременно.
При осуществлении операции 355 любое оставшееся топливо можно пропускать через систему 104 впрыска топлива до полного опорожнения резервуара 180. Крышку 182 резервуара можно снимать (не обязательно) для визуального подтверждения того, что топливный резервуар 180 пуст. Крышку 182 топливного резервуара можно устанавливать повторно. При осуществлении операции 360 систему 100 можно повторно подготовить для другого образца топлива. В качестве альтернативы, камеру 102 сгорания можно отключить.
Если камеру 102 сгорания необходимо выключить, пользователь может удостовериться в том, что все топливо было выпущено из системы 104 впрыска топлива и что корпус 180 резервуара пуст. Дополнительно, клапан 136 для воздуха, поступающего в камеру сгорания, расположенный у источника 128 воздуха, поступающего в камеру сгорания, может быть закрыт. В некоторых вариантах воплощения компьютер 198 можно использовать для отключения камеры 102 сгорания. В ходе выполнения отключения можно выключить компьютер 198, систему 106 циркуляционного охлаждения и источник 126 сжатого воздуха, а в камере 102 сгорания можно сбросить давление и охладить ее до комнатной температуры.
Из рассмотрения фиг.3B видно, что один образцовый способ 365 отображения характеристик сгорания тестируемого топлива может включать в себя выполнения операции 370 по получению данных о давлении и температуре в камере 102 сгорания перед событием сгорания. Как ранее было описано в связи с фиг.1-2, процесс определения и отображения характеристик сгорания может представлять собой, по меньшей мере, частично, осуществление использования компьютерной системы, такой как компьютер 198 (фиг.1). Операция 370 как таковая может представлять собой, по меньшей мере, частично, выполнение с помощью компьютерной системы 198 приема одного или нескольких сигналов данных с датчика 108 статического давления и датчика 116 температуры воздуха, поступающего в камеру сгорания (например, передаваемых в компьютерную систему 198 через плату контроллера 194). Если как статическое давление, так и температура в камере сгорания находятся в пределах требуемых диапазонов, то камера 102 сгорания может быть готова к эксплуатации и к сжиганию в ней топлива.
Способ 365 также может включать в себя осуществление операции 375 получения данных о давлении и температуре в камере сгорания в ходе сжигания топлива. В тех вариантах воплощения, в которых операцию 375, по меньшей мере, частично осуществляют с помощью компьютерной системы 198, можно получать данные с датчика 110 динамического давления и датчика 116 температуры воздуха, поступающего в камеру сгорания. Например, в ходе одного или нескольких событий сгорания, осуществляемых при тестировании образца топлива, датчик 110 динамического давления и датчик 116 температуры воздуха, поступающего в камеру сгорания, могут выявлять динамические изменения давления и температуры при заданной скорости подачи образца. Компьютерная система 198 может принимать один или несколько сигналов данных с датчика 110 динамического давления и датчика 116 температуры воздуха, поступающего в камеру сгорания (например, передаваемых в компьютерную систему 198 через плату контроллера 194). В данном варианте воплощения скорость образцов, данные о которых получают с датчика 110 динамического давления и датчика 116 температуры воздуха, могут составлять приблизительно 0,05 мс, и каждое отдельное событие сгорания может возникать в течение периода времени продолжительностью примерно 100 мс. В других вариантах воплощения можно использовать другие скорости подачи образцов.
Способ 365 может включать в себя выполнение операции 385 определения нескольких характеристик сгорания, связанных с впрыскиваемым топливом. В некоторых вариантах воплощения, выполняемых с помощью компьютера, компьютерная система 198 может включать в себя, по меньшей мере, один аппаратный компонент или системную программу, хранимую в памяти 208 компьютера, сконфигурированную для определения (например, непосредственно полученные параметры, выводимые из данных датчика, вычислительный алгоритм, статистический расчет, математическое преобразование или вывод математического выражения, другие определяющие технологии или их сочетания) нескольких характеристик сгорания полученных, по меньшей мере, частично на основе данных, поступивших с датчиков. Например, в ходе и после одного или нескольких событий сгорания компьютерная система 198 может определять значения для нескольких характеристик сгорания, таких как ID, MDP, MDT, ROHRA, CP и TAMPD, полученных, по меньшей мере, частично на основе данных, поступивших с датчиков. В данном варианте воплощения компьютерную систему 198 можно адаптировать для определения значения ID с использованием данных о давлении и перемещении, выявленных с помощью датчика 110 динамического давления и датчика 122 перемещения впрыскивающей форсунки. Также в данном варианте воплощения компьютерную систему 198 можно адаптировать для определения значений MDP, ROHRA, CP и TAMPD, с использованием данных о давлении, поступающих с датчика 110 динамического давления при заданной скорости подачи образца. Дополнительно, в данном варианте воплощения компьютерную систему 198 можно адаптировать для определения значений MDT, с использованием данных о температуре, выявленных с помощью датчика 116 температуры воздуха, поступающего в камеру сгорания при заданной скорости подачи образца.
Способ 365 также может включать в себя осуществление операции 390 генерирования выходного отчета, в котором указаны значения нескольких характеристик сгорания. В некоторых вариантах воплощения, выполняемых с помощью компьютера, компьютерная система 198 может генерировать выходной отчет (например, смотрите 210, описанный в связи с фиг.2). Например, память 208 компьютера может содержать системную программу, которая сконфигурирована для генерирования отчета (например, отображаемого на дисплее 202, распечатываемого в виде печатной копии, сохраняемого в памяти 208 компьютера или обладающего сочетанием перечисленных особенностей), в котором указаны значения характеристик сгорания, определенных в ходе выполнения операции 385. В ходе выполнения операции 395 выходной отчет может быть отображен, чтобы пользователь мог его видеть. Например, в варианте воплощения, выполняемом с помощью компьютера, выходной отчет может быть отображен на дисплее 202, на удаленном дисплее после передачи сигнала по сети или распечатан в виде печатной копии с компьютерной системы 198 или с удаленной компьютерной системы. Выходной отчет может включать в себя многоосевой график (например, смотрите график 212, описанный в связи с фиг.2), график отслеживания давления или тот и другой.
Как было описано ранее, способ 365 можно, по меньшей мере, частично выполнять с использованием компьютерных систем. Более того, некоторые варианты воплощения устройства или способа можно осуществлять с помощью одной или нескольких компьютерных программ, которые выполняются на компьютерной системе, включающей в себя, по меньшей мере, один процессор. Компьютерная программа может представлять собой набор инструкций, которые прямо или косвенно можно использовать на компьютерной системе для выполнения определенных операций или для получения определенного результата. Компьютерная программа может быть написана на любом языке программирования, включая транслируемые или интерпретируемые языки, и может быть развернута в любой форме, в том числе в форме автономной программы или в виде модуля, компонента, подпрограммы или другой программной единицы, пригодной для использования в вычислительной среде. Также следует понимать, что компоненты компьютерной системы можно соединить со средой цифровой передачи данных, такой как сеть передачи данных. Примеры сетей передачи данных включают в себя, например, LAN (локальная сеть), WAN (глобальная сеть) и компьютеры и сети, образующие Интернет.
Обратимся теперь к фиг.4 и 5, из которых видно, что отчетную таблицу 400 и многоосевой график 500 можно использовать для отображения значений характеристики 405 сгорания ID (задержка зажигания), связанной с несколькими образцами топлива (например, топливом A 410, топливом B 415, топливом C 420 и топливом D 425). В некоторых вариантах воплощения отчетная таблица 400 и график 500 могут быть отображены, например, на дисплее компьютера. Отчетная таблица 400 и многоосевой график 500 могут обеспечить количественное и качественное сравнение значений ID различных образцов топлива: 410, 415, 420 и 425.
Как обсуждалось выше, такую характеристику сгорания, как задержка зажигания, можно сформулировать как время от начала впрыска топлива до начала сгорания. Начало сгорания характеризуется повышением давления в камере сгорания по сравнению с начальным статическим 234 давлением в камере сгорания. Для конкретных целей начало сгорания можно сформулировать как повышение давления в камере сгорания выше указанного значения, выбранное, поскольку оно четко указывает на начало сгорания. В данном конкретном варианте воплощения задержку сгорания можно сформулировать как время от начала впрыска топлива до момента, когда давление в камере 102 сгорания повысится на +0,02 МПа выше исходного статического давления 2,4±0,02 МПа. Например, повышение давления в камере 102 сгорания можно выявлять с помощью датчика 110 динамического давления, а начало впрыска образца топлива можно выявлять с помощью датчика 122 перемещения впрыскивающей форсунки. Следует понимать, что в других вариантах воплощения значение ID можно определять другим способом, в зависимости от типа датчиков, используемых для контроля события (или событий) сгорания, настроек компьютерной программы или других компонентов системы 100. В некоторых вариантах воплощения, в которых последовательность испытаний включает в себя несколько последовательных событий сгорания (например, двадцать пять событий в камере сгорания), значение характеристики ID 405 можно получить, используя среднее значение измерений отдельных задержек зажигания при последовательных событиях сгорания. Кроме того, как показано на фиг.4, отчетная таблица 400 может содержать категорию 435, показывающую единицу измерения (например, миллисекунды), и категорию 440, показывающую величину изменения масштаба (используют (не обязательно) для отображения значений на масштабированном графике).
Многоосевой график 500 можно использовать для графического отображения значений, выявленных для ID-характеристик 405. Например, значения ID-характеристик 405 можно нанести на графике по ID-оси 505 многоосевого графика 500. В данном варианте воплощения значения могут попадать в диапазон 0,5-20 мс; поэтому, чтобы связать значение ID, равное 0,5 мс, с масштабированным значением, равным 0, а значение ID, равное 20 мс, связать с масштабированным значением, равным 100, можно использовать оптимальный масштаб (смотрите категорию 440). Следует понимать, что в других вариантах воплощения масштаб может быть отличным от вышеописанного, в зависимости от визуальной различимости значений на графике, а также в зависимости от датчиков и скорости подачи образца, используемой в системе 100. Значения ID, отображенные в соответствии с категориями 445, 450, 455 и 460 отчетной таблицы 400, показывают примерные варианты, которые могут возникнуть при переходе одного топлива к другому. Значения ID в данном варианте воплощения разнятся от значения 2,16 мс для топлива D 425 до значения 3,12 мс для топлива B 415 и от значения 4,35 мс для топлива A 410 до значения 11,5 мс для топлива C 420. Эти определенные в настоящее время значения можно отображать на многоосевом графике 500, или же эти значения можно преобразовывать в масштабированные значения (смотрите категории 445, 450, 455 и 460 отчетной таблицы 400), которые отображены на графике 500. В данном варианте воплощения на многоосевом графике 500 отображены масштабированные значения для определения ID. В некоторых вариантах воплощения многоосевой график 500 может включать в себя надпись 510 на графике, которая связывает тестируемое топливо с визуальным идентификатором (например, сплошной линией, пунктирной линией, цветной линией и т.п.).
Из рассмотрения фиг.6 и 7 видно, что отчетную таблицу 600 и многоосевой 700 график можно использовать для отображения значений характеристики максимального перепада давлений (MDP), относящейся к нескольким различным образцам топлива (например, топливу A 410, топливу B 415, топливу C 420 и топливу D 425). Как было ранее описано, отчетная таблица 600 и многоосевой график 700 могут быть представлены для пользователя, например, на дисплее компьютера. Отчетная таблица 600 и многоосевой график 700 могут обеспечивать количественное и качественное сравнение значений MDP различных образцов топлива 410, 415, 420 и 425.
В данном конкретном варианте воплощения значение такой характеристики сгорания, как MDP 605 можно определить, как максимальное изменение давления, сформировавшегося в ходе процесса сгорания (например, максимального давления, сформировавшегося в камере сгорания в ходе конкретного события сгорания минус статического давления в начале события сгорания). Значения давления в камере сгорания в ходе события сгорания можно выявлять с помощью датчика 110 динамического давления. В некоторых вариантах воплощения, в которых последовательность испытаний включает в себя несколько последовательных событий сгорания, значение MDP можно вычислить, взяв среднее значение отдельных максимальных перепадов давлений, полученных из последовательных событий сгорания. Отчетная таблица 600 может включать в себя категорию 635, которая указывает на единицу измерения 635, используемую для значений MDP, такую как бар. Следует понимать, что в других вариантах воплощения значение MDP можно определить другим способом, в зависимости от типа датчиков, используемых для контроля событий (или событий) сгорания, настроек компьютерной программы или других компонентов системы 100.
Многоосевой график 700 можно использовать для графического отображения значений, заданных MDP-характеристиками 605. Например, значения для MDP-характеристик 605 можно отобразить по оси MDP 705 многоосевого графика в соответствии с обозначением 510. В данном варианте воплощения фактически выявленные значения могут попадать в диапазон 0-40 бар. Оптимальный масштаб как таковой (смотрите категорию 640) можно использовать, чтобы присвоить значению MDP, равному 0 бар, масштабированное значение, равное 0, а значению MDP, равному 40 бар, присвоить масштабированное значение, равное 100. Следует понимать, что в других вариантах воплощения масштаб может быть отличным от вышеуказанного, в зависимости от визуальной различимости значений на графике, а также в зависимости от датчиков и скорости подачи образца, используемой в системе 100. Значения MDP, отображенные в соответствии с категориями 645, 650, 655 и 660 отчетной таблицы 600, показывают варианты примеров, которые могут возникнуть среди различных образцов топлива. Фактические значения MDP в данном варианте воплощения разнятся от 9,75 бар для топлива A 410 до 11,45 бар для топлива B 415 и от 22 бар для топлива C 420 до 35 бар для топлива D 425. В данном варианте воплощения на многоосевом графике 700 отображены масштабированные значения для определения MDP (смотрите масштабированные значения согласно категориям 645, 650, 655 и 660 отчетной таблицы 600), но в некоторых вариантах воплощения на многоосевом графике 700 могут быть отображены фактически выявленные значения, как показано в отчетной таблице 600.
Из рассмотрения фиг.8 и 9 видно, что отчетную таблицу 800 и многоосевой график 900 можно использовать для отображения значений для характеристики максимального перепада температур (MDT), относящейся к нескольким различным образцам топлива (например, топливо A 410, топливо B 415, топливо C 420 и топливо D 425). В некоторых вариантах воплощения отчетная таблица 800 и многоосевой график 900 могут быть отображены на дисплее компьютера и могут обеспечить количественное и качественное сравнение значений MDT различных образцов топлива 410, 415, 420 и 425. Отчетная таблица 800 может содержать категорию 835, которая обозначает единицу измерения, используемую для значения MDT, такую как градусы Цельсия. Значение для характеристики MDT 805 можно сформулировать как максимальное изменение температуры, генерируемой в ходе процесса сгорания (например, максимальная температура, измеренная в камере сгорания в ходе конкретного события сгорания минус исходная температура в начале события сгорания). Следует понимать, что в других вариантах воплощения значение MDT можно сформулировать в зависимости от типа датчиков, используемых для контроля события (или событий), настроек компьютерной программы или других компонентов системы 100. Многоосевой график 900 можно использовать для графического отображения значений (например, масштабированных значений или фактически определенных значений) для характеристик MDT 805. Например, масштабированные значения MDT могут быть нанесены на график по оси MDT 905 в соответствии с надписью 510 на графике и оптимальным масштабом (смотрите категорию 840 в отчетной таблице 800). В данном варианте воплощения многоосевой график 900 отображает масштабированные значения для определения MDT (смотрите масштабированные значения согласно категориям 845, 850, 855 и 860 отчетной таблицы 800), но в некоторых вариантах воплощения многоосевой график 900 может отображать фактически определенные значения, как показано в отчетной таблице 800.
2
Из рассмотрения фиг.10 и 11 видно, что отчетную таблицу 1000 и многоосевой график 1100 можно использовать для отображения значений для характеристики интенсивности тепловыделения (ROHRA), связанной с несколькими различными образцами топлива (например, топливом A 410, топливом B 415, топливом C 420 и топливом D 425). В некоторых вариантах воплощения отчетная таблица 1000 и многоосевой график 1100 могут быть отображены на дисплее компьютера и, таким образом, могут обеспечить количественное и качественное сравнение значений ROHRA различных образцов топлива 410, 415, 420 и 425. Отчетная таблица 1000 может содержать категорию 1035, в которой указаны единицы измерения, используемые для значений ROHRA, такие как бар/мс. В данном варианте воплощения значение для характеристики ROHRA 1005 может быть сформулировано как максимальное изменение температуры, сформировавшееся в ходе процесса сгорания (например, можно определить путем вычисления площади под кривой, производной от отслеживания давления). Следует понимать, что в других вариантах воплощения значения ROHRA можно сформулировать другим способом, в зависимости от типа датчиков, используемых для контроля событий (событий), установок компьютерных программ, или других компонентов системы 100. Многоосевой график 1100 можно использовать для графического отображения значений (например, масштабированных значений или фактически определенных значений) для характеристики ROHRA 1005. Например, масштабированные значения ROHRA можно отобразить на графике по оси ROHRA 1105 в соответствии с обозначениями 510 и оптимальным масштабом (смотрите категорию 1040 в отчетной таблице 1000). В данном варианте воплощения многоосевой график 1100 отображает масштабированные значения для определения ROHRA (смотрите масштабированные значения согласно категории 1045, 1050, 1055 и 1060 таблицы 1000), но в некоторых вариантах воплощения многоосевой график 1100 может отображать фактически выявленные значения, как показано в отчетной таблице 1000.
2
Из рассмотрения фиг.12 и 13, отчетную таблицу 1200 и многоосевой график 1300 можно использовать для отображения значений для характеристики сгорания (CP), связанной с несколькими различными образцами топлива (например, топлива A 410, топлива B 415, топлива C 420 и топлива D 425). В некоторых вариантах воплощения отчетная таблица 1200 и многоосевой график 1300 могут быть отображены на дисплее компьютера, а также могут обеспечить количественное и качественное сравнение значений CP различных видов топлива 410, 415, 420 и 425. Сводная таблица 1200 может включать в себя категорию 1235, которая указывает на единицы измерения, используемые для значения CP, такие как миллисекунды. Значение для характеристики сгорания CP 1205 можно сформулировать как продолжительность события сгорания во времени. Для конкретных целей событие сгорание можно сформулировать как возникновение длительного повышения давления, вызванного сгоранием, выше указанного значения. В данном варианте воплощения событие сгорания сформулировано как возникновение длительного повышения давления, вызванного сгоранием, выше 0,05 бар/мс. Следует понимать, что в других вариантах воплощения значение CP можно сформулировать другим способом, в зависимости от типа датчиков, используемых для контроля события (или событий), установок компьютерной программы или других компонентов системы 100. Многоосевой график 1300 можно использовать для графического отображения значений (например, масштабированных значений или фактически выявленных значений) для характеристики CP 1205. Например, масштабированные значения для CP могут быть отображены на графике по оси CP 1305 в соответствии с обозначениями 510 и оптимальным масштабом (смотрите категорию 1240 в отчетной таблице 1200). В данном варианте воплощения многоосевой график 1300 отображает масштабированные значения для определения CP (смотрите масштабированные значения согласно категориям 1245, 1250, 1255 и 1260 отчета 1200), но в некоторых вариантах воплощения на многоосевом графике 1300 могут быть отображены фактически выявленные значения, как показано в отчетной таблице 1200.
Из рассмотрения фиг.14 и 15 видно, что отчетную таблицу 1400 и многоосевой график 1500 можно использовать для отображения значений для характеристики времени при максимальном выявленном давлении (TAMPD), связанной с несколькими различными образцами топлива (например, топлива A 410, топлива B 415, топлива C 420 и топлива D 425). В некоторых вариантах воплощения отчетная таблица 1400 и многоосевой график 1500 могут быть отображены на дисплее компьютера и могут обеспечить количественное и качественное сравнение значений TAMPD различных образцов топлива 410, 415, 420 и 425. Отчетная таблица 1400 может включать в себя категорию 1435, в которой указаны единицы измерения, используемые для значений TAMPD, таких как миллисекунд. Значение характеристики сгорания TAMPD 1405 можно сформулировать как продолжительность времени от начала сгорания (например, начала сгорания, используемого при определении характеристики задержки сгорания 405, до максимального давления сгорания). Следует понимать, что в других вариантах воплощения значение TAMPD можно сформулировать другим способом, в зависимости от типа датчиков, используемых для контроля события (или событий) сгорания, установок компьютерной программы или других компонентов системы 100. Многоосевой график 1500 можно использовать для графического отображения значений (например, масштабированных значений или фактически выявленных значений) для характеристики TAMPD 1405. Например, масштабированные значения для TAMPD могут быть отображены на графике по оси TAMPD 1505 согласно обозначениям 510 и оптимальному масштабу (смотрите категорию 1440 в отчетной таблице 1400). В данном варианте воплощения на многоосевом графике 1500 отображены масштабированные значения для определения TAMPD (смотрите масштабированные значения согласно категориям 1445, 1450, 1455 и 1460 отчета 1400), но в некоторых вариантах воплощения на многоосевом графике 1500 могут быть отображены фактически выявленные значения, как показано в отчетной таблице 1400.
Из рассмотрения фиг.16 видно, что многоосевой график 1600 может служить в качестве форм-фактора топлива. График 1600 может обеспечивать модель для эффективного сравнения и анализа характеристик сгорания, например некоторых или всех ранее описанных характеристик сгорания: ID, MDP, MDT, ROHRA, CP и TAMPD, и других характеристик (например, октановое число, цетановое число, содержание ароматических соединений и т.п). Значения характеристик сгорания для нескольких различных образцов топлива (например, топлива A 410, топлива B 415, топлива C 420 и топлива D 425) могут быть одновременно размещены на многоосевом графике 1600 для обеспечения эффективного сравнения и способа анализа. В некоторых вариантах воплощения форм-фактор топлив, отображенный на многоосевом графике 1600, может быть использован для оценки пригодности тестируемого топлива для эксплуатации в конкретной конфигурации двигателя.
График 1600 можно создать способом, аналогичным способу создания многоосевых графиков 500, 700, 900, 1100, 1300 и 1500, описанных в связи с фиг.5, 7, 9, 11, 13 и 15. В некоторых обстоятельствах можно начертить линии 1610, 1615, 1620 и 1625, соединяющие значения характеристик сгорания, которые связаны с каждым из четырех образцов дизельного топлива 410, 415, 420 и 425, обеспечивая, таким образом, форму, которая может быть отличной для каждой из различных образцов топлива. Как было описано в связи с фиг.2, 3A и 3B, многоосевой график 1600 может быть создан для изучения его пользователем после одного или нескольких событий сгорания, осуществленных в камере 102 сгорания (фиг.1). Пользователь затем может своевременно анализировать несколько характеристик сгорания для различных образцов топлива, представляющих интерес. Многоосевой график 1600, служащий в качестве форм-фактора, может обеспечить эффективную возможность для сопоставления различных характеристик тестируемых образцов топлива. Следует понимать, что в некоторых вариантах воплощения форм-фактор топлива может, по меньшей мере, частично, определяться формой многоосевого графика. В других вариантах воплощения форм-фактор топлива может, по меньшей мере, частично, определяться областью значений, соответствующих форме многоосевого графика, такой, при которой различные образцы топлива могут отличаться друг от друга различными областями значений при конкретных ординатах.
В некоторых вариантах воплощения результирующий форм-фактор топлива может предоставить проектировщику двигателей возможность сопоставить характеристики функционирования топлива для двигателя при заданных условиях. Например, если конструкцию двигателя можно лучше реализовать с топливом A 410 при первой температуре, а затем лучше реализовать с топливом D 425 при второй температуре, проектировщик топлива может увидеть форм-фактор, отображенный на многоосевом графике 1600 для количественного и качественного сопоставления характеристик топлива A 410 с топливом D 425. Такое средство может позволить проектировщику двигателя или другому пользователю разработать альтернативную топливную смесь, которую можно успешно использовать как при первой, так и при второй температуре. Альтернативная топливная смесь, например топливо B 415, может обеспечить подходящее сочетание характеристик сгорания (например, ID, MDP, MDT, ROHRA, CP, TAMPD или других характеристик, выявленных системой 100), которые топливо A 410 и топливо D 425 не могут обеспечить в этом случае. Такое сопоставление характеристик топлива можно внедрить в качестве части систем и способов, которые описаны, например, в связи с фиг.1, 2 и 3A-B.
Например, в конкретных вариантах воплощениях многоосевой график 1600 может служить в качестве форм-фактора для выбора серийно выпускаемого топлива для использования в конкретных конструкциях двигателей. В данном примере пользователь может протестировать топливо A в конкретном двигателе и определить, что топливо A обеспечивает желаемые характеристики. Если топливо A является дорогим испытательным топливом, то широкомасштабное промышленное применение топлива A в конструкции двигателя может быть невыполнимым. При таких обстоятельствах пользователь может сопоставить форм-фактор топлива A 1610 (показан на многоосевом графике 1600) с форм-факторами других образцов топлива, чтобы увидеть, обеспечивает ли менее дорогое топливо подобные характеристики сгорания. В данном примере пользователь может выбрать топливо B, исходя из, по меньшей мере, частичного сопоставления формы форм-факторов 1610 и 1615. Топливо B может представлять собой смесь менее дорогих, более легко промышленно применимых видов топлива или промышленной топливной смеси с дополнительными добавками, которые порождают характеристики сгорания, аналогичные тестируемому топливу A. Через этот процесс, пользователь или группа пользователей могут заполнять базу данных (например, сохраненную в памяти 208 компьютера (фиг.2) и доступной для прочтения с помощью дисплея 208), которая содержит форм-факторы для каждого типа топлива. Таким образом, систему 100 можно использовать для разработки многоцелевой базы данных, в которой показана взаимосвязь между формами форм-факторов для многих образцов топлива и результатами сгорания этих образцов топлива в конкретных конструкциях двигателей. В дополнение, такую базу данных можно использовать с помощью программного обеспечения моделирования сгорания для непосредственного ввода форм форм-факторов образцов топлива в дополнительный модуль программного обеспечения моделирования сгорания, исключая, таким образом, итерации характеристики сгорания топлива. Следует понимать, что пользователи тестируют различные образцы топлива в системе моделирования двигателей, а не в реальных двигателях сгорания. Например, данные, полученные с многоосевого графика, можно вводить в систему моделирования двигателя (например, в программное обеспечения системы моделирования двигателя GT-Power, в систему программного обеспечения CFD (вычислительная гидродинамика), в модули моделирования Matlab и другие системы моделирования, внедренные в компьютерную систему и т.п.) для обеспечения обратной связи для некоторых критериев характеристик сгорания топлива. Следовательно, данные, полученные с многоосевого графика, могут облегчить проектирование изготовленного по заказу топлива или выбор, позволяющий конструктору легко моделировать характеристики сгорания одного или нескольких образцов топлива в моделированном двигателе, с использованием системы моделирования двигателя.
Из рассмотрения фиг.16 видно, что в других вариантах воплощения форм-фактор топлива, отображенный на многоосевом графике 1600, может обеспечить проектировщика двигателей способом для изменения конструкции двигателя, основанного на сопоставлении характеристик топлива. В одном примере проектировщик двигателей может сопоставлять и анализировать характеристики сгорания топлива A 410 и топлива C 420. Если действующая конструкция двигателя функционирует лучше с топливом A 410 (даже за счет добавления топлива C 420, используемого по коммерческим или другим причинам), форма форм-фактора, отображенного на графике 1600, может указывать на то, какая характеристика наносит ущерб эффективности топлива C 420. Такое количественное и качественное сопоставление может побудить проектировщика или другого пользователя видоизменить конструкцию двигателя для лучшей адаптации топлива C 420. Например, проектировщик двигателей может решить изменить степень сжатия, конструкцию свода поршня, головку двигателя, форму камеры сгорания, ствол и величину хода или подъем распределительного вала и его длительность, исходя из характеристик сгорания 405, 605, 805, 1005, 1205 и 1405 топлива C 420.
Например, в конкретных вариантах воплощения для некоторых конструкций двигателей (например, HCCI и т.п.) может потребоваться топливо, которое легко самовоспламеняется при малой нагрузке или нерабочем режиме, но при этом воспламеняется не так легко, как при более высоких максимальных нагрузках. При таких обстоятельствах пользователь может протестировать то же топливо в камере 102 сгорания системы 100 как при условиях малой нагрузки, так и при условиях высокой нагрузки. Оценивая форм-фактор топлива (показан на многоосевом графике 1600) для тестируемого топлива, как при условиях малой нагрузки, так и при условиях высокой нагрузки, пользователь может идентифицировать топливо, которое обладает подходящими характеристиками самовоспламенения при условиях низкой нагрузки и при условиях высокой нагрузки. В качестве альтернативы, путем оценки форм-фактора топлива (показанного на многоосевом графике 1600) для тестируемого топлива при условиях как высокой нагрузки, так и низкой нагрузки, пользователь может определить, что топливо обладает подходящей стойкостью к самовоспламенению при условиях высокой нагрузки (например, более высокой задержки зажигания), и может затем определить, насколько задержку зажигания можно снизить при условиях более низкой нагрузки. При таких обстоятельствах может регулировать конструкцию двигателя или другие свойства для наладки использования тестируемого топлива. Например, пользователь может использовать алгоритм в системе контроля двигателя, который может изменить величину турбулентности (или вихревое отношение) при условиях низкой загрузки, которая может снизить задержку зажигания при условиях низкой загрузки. Как ранее было описано, следует понимать, что пользователь может тестировать конкретное топливо во многих смоделированных двигателях, а не в существующем двигателе внутреннего сгорания. Например, данные, полученные из многоосевого графика, можно вводить в систему моделирования двигателя (например, в систему программного обеспечения моделирования двигателя GT-Power, в систему программного обеспечения CFD (вычислительная гидродинамика), в модули моделирования Matlab и другие системы моделирования, внедренные в компьютерную систему) для обеспечения обратной связи для некоторых критериев характеристик сгорания топлива. Как таковые, данные, полученные с многоосевого графика, могут облегчить проектирования двигателя, позволяя проектировщику легко моделировать процесс сгорания конкретного топлива во многих моделируемых конструкциях двигателя, с использованием системы моделирования двигателя.
Были описаны многочисленные варианты воплощения изобретения. Тем не менее, следует понимать, что можно осуществить различные модификации, не отступая от сущности и объема настоящего изобретения. Следовательно, другие варианты воплощения находятся в пределах объема следующей формулы изобретения.