Monitoring engine toxicity parameters and selective control of its systems
Keywords:
engine, diagnosing, crankshaft speed, toxicity, catalytic converter, fuel efficiencyAbstract
If the technical condition of an engine changes during the operation of its power supply system, ignition system, piston-cylinder group, intake and exhaust system, it deteriorates the combustion process, increases toxic components, and thus exhausts the catalyst lifespan. In turn,
the catalyst failure will cause non-compliance of the vehicle emission class with the EURO standards. Replacement of the failed element will not help; and to eliminate the initial cause of the catalyst failure, it is necessary to replace some elements of the systems. In this regard, development of methods for controlling changes in the concentration of toxic components CO, CH, CO2, and O2 in exhaust gases is a relevant issue of engine operation. This is feasible due to
the use of portable gas analyzers that are built into the exhaust systems. A portable gas analyzer can operate discretely, in test modes for monitoring toxicity parameters, e. g., in idle mode, in acceleration mode, in constant power and load modes, when the individual cylinders of the engine operate selectively. This research shows how to perform full and partial cylinder shutdown using a developed portable device, i. e. a loader of gasoline engine, for complete cylinder loading. Toxicity parameters are measured using a four-component gas analyzer. The research showed that is highly efficient to control the technical condition of the cylinder-piston group, fuel and ignition systems, and other systems by controlling the toxicity parameters of exhaust gases.
If the selectivity of load impact on individual cylinders is high, and if it varies significantly,
the catalyst failure can be prevented due to the adaptability of actuators to changes in the technical condition of individual nodes.
References
Research progress in the development of natural gas as fuel for road vehicles / M.I. Khan, T. Yasmeen, M.I. Khan, M. Farooq, M. Wakeel // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2016. – Vol. 66. – P. 702–741. DOI: 10.1016/j.rser.2016.08.041
Бердов, Е.И. Отключение части цилиндров двигателя как способ улучшения топливно-экономических показателей тракторно-транспортного агрегата / Е.И. Бердов, С.Ю. Федосеев // АПК России. – 2015. – Т. 72. – № 2. – С. 20–24.
Assessing the impacts of ethanol and isobutanol on gaseous and particulate emissions from flexible fuel vehicles / G. Karavalakis, D. Short, R.L. Russell et al. // Environmental Science and Technology. – 2014. – Vol. 48 (23). – P. 14016–14024. DOI:10.1021/es5034316
Gurgenci, H. Investigating the use of methane as diesel fuel in off-road haul road truck operations / H. Gurgenci, S.M. Aminossadati // Journal of Energy Resources Technology. – 2009. – Vol. 131 (3). – Paper 032202. DOI: 10.1115/1.3185350
Stein, R.A. An overview of the effects of ethanol-gasoline blends on SI engine performance, fuel efficiency, and emissions / R.A. Stein, J.E. Anderson, T.J. Wallington // SAE International Journal of Engines. – 2013. – Vol. 6 (1). – P. 470–487. DOI: 10.4271/2013-01-1635
Gonçalves, M. Emissions variation in urban areas resulting from the introduction of natural gas vehicles: Application to Barcelona and Madrid greater areas (Spain) / M. Gonçalves, P. Jiménez-Guerrero, J.M. Baldasano // Science of the Total Environment. – 2009. – Vol. 407 (10). – P. 3269–3281. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2009.01.039.
Milkins, E.E. Gaseous fuel injection system for the operation of heavy duty engines on natural gas / E.E. Milkins, R.G. Allen, V.D. Edsell // Proceedings – Society of Automotive Engineers, 1990. – P. 203–209.
Pasechnik, D.V. Gas fuel supply system for injection engines ZMZ / D.V. Pasechnik // Journal of Automotive Industry. – 2004. – Vol. 5. – P. 12–15.
Улучшение эксплуатационных характеристик двигателя с применением нанотехнологий / С.М. Гайдар, В.Н. Свечников, А.Ю. Усманов, М.И. Иванов // Труды ГОСНИТИ, 2013. – Т. 111. – С. 4–8.
Fault detection system for the air path of common rail diesel engines with low pressure EGR / C. Eck, U. Konigorski, F. Cianflone et al. // SAE Technical Papers. – 2011. – Paper 2011-01-0701. DOI: 10.4271/2011-01-0701
Kimmich, F. Model based fault detection for the injection, combustion and engine-transmission / F. Kimmich, R. Isermann // IFAC Proceedings. – 2002. – Vol. 15 (1). – P. 203–208.
Hajari, S.C. Diagnosis and repair of excessively emitting vehicles / S.C. Hajari // Journal of the Air and Waste Management Association. – 1996. – Vol. 46 (10). – P. 940–952. DOI: 10.1080/10473289.1996.10467529
Gumus, M. Application of phase change materials to pre-heating of evaporator and pressure regulator of a gaseous sequential injection system / M. Gumus, A. Ugurlu // Applied Energy. – 2011. – Vol. 88 (12). – P. 4803–4810. DOI: 10.1016/j.apenergy.2011.06.053
Гребенников, А.С. Диагностирование автотракторных двигателей по внутрицикловым изменениям угловой скорости коленчатого вала: дис. … д-ра техн. наук / А.С. Гребенников. – Саратов, 2002. – 292 с.
Иванов, Р.В. Диагностирование ДВС по параметру мощности механических потерь: автореф. дис. … канд. техн. наук / Р.В. Иванов. – Волгоград, 2010. – 40 с.
Лешаков, И.А. Математическая модель расчета основных параметров каталитических нейтрализаторов / И.А. Лешаков, И.Н. Кравченко, М.Н. Ерофеев // Современные наукоемкие технологии. – 2013. – № 5. – С. 76–80.
Исаенко, П.В. К расчету гидравлического сопротивления очистителя-нейтрализатора для систем выпуска отработавших газов машин автотранспортного комплекса / П.В. Исаенко, В.Д. Исаенко // Вестник Томского гос. архитектур.-строит. ун-та. – 2006. – № 1. – С. 95–106.
Гребенников, А.С. Диагностирование автотракторных двигателей по внутрицикловым изменениям угловой скорости коленчатого вала: дис. … д-ра техн. наук / А.С. Гребенников. – Саратов, 2002. – 292 с.
Патент № 2474805 РФ, G01M 15/04. Способ диагностирования выпускного тракта поршневого двигателя внутреннего сгорания / А.В. Гриценко, С.С. Куков, К.А. Цыганов, А.В. Горбунов; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия». – № 2011139288; заявл. 26.09.11; опубл. 27.02.13, Бюл. № 6.
Исаенко В.Д. Основы теории надежности и диагностика автомобилей: учеб. пособие / В.Д. Исаенко, А.В. Исаенко, П.В. Исаенко. – Томск: Томский гос. архитектур.-строит. ун-т, 2007. – 238 с.
Регулирование дизеля методом отключения-включения цилиндров или циклов / Н.Н. Патрахальцев, С.В. Страшнов, Б.А. Корнев, И.С. Мельник // Двигателестроение. – 2011. – № 3. – С. 7–12.
Химченко, А.В. Снижение неравномерности крутящего момента двигателя с отключением цилиндров на режимах частичного нагружения / А.В. Химченко, Д.Г. Мишин, А.В. Бузов // Двигатели внутреннего сгорания. – 2013. – № 1. – С. 46–51.
