Epänormaali palaminen kaasumoottorissa : Sylinteripainekäyrän analyysi

Abstract

Tämän työn aiheena on tutkia ottoprosessilla toimivan kaasumoottorin palamistapahtuman laadun vaikutusta sylinterin painekuvaajaan. Epänormaalin palamisen tilat usein jaetaan nakutukseen ja pintasyttymiseen. Tässä tutkielmassa keskitytään nakutukseen. Nakutus tapahtuu, joissakin moottorin käyttötilanteissa ja ilmiö tunnetaan metallisen kilahtavasta äänestään. Työ johdattaa polttomoottorista kiinnostuneen lukijan nakutustutkimuksen toimintaympäristöön ja ongelmakenttään. Matka kulkee historiasta nykypäivään. Polttomoottorin nakutusta on tutkittu enemmän kuin sata vuotta. Nakutus on ilmiö, jonka mittaamisen taso on keskustelun alainen ja epäselvä. Työssä tarkastellaan nelitahtista ottomoottoria kaasumuotoisella polttoaineella. Ottomoottorin alkuvuosina nakutustutkimuksen tavoitteena oli vakavan moottorivaurion välttäminen. Nykyisin nakutus on havaittava jo heikosta signaalista, koska vaatimuksena on pitää moottorin päästöt alle normien kaikissa tilanteissa. Nakuttavan ja tasaisen ajon sylinteripainekuvaajia vertaillaan kolmella kierrosluvulla 550, 650 ja 750 RPM ja useilla kuormitustasoilla. Tavoitteena on tehdä havaintoja normaalin ja epänormaalin, nakuttavan palamisen välillä. Vertailu tehdään sekä visuaalisesti, että algoritmien osoittamien analyyttisten pisteiden avulla. Määrällisten tutkimusmenetelmien ohella käytetään laadullisia menetelmiä, kuten asiantuntijoiden kertomukset varikoilta ja konehuoneista. Tämä tuo asiaan näkökulmaa moottorikehityksen nykytilasta. Tuloksina esitetään algoritmit analyyttisten pisteiden laskemiseksi. Näitä pisteitä käytetään sekä ryhmän sisäiseen että ryhmien väliseen vertailuun. Ryhmät muodostuvat samalla kierrosluvulla ja kuormitustasolla rekisteröidyistä tapahtumista. Työssä esitellään palamisen alkupisteen havaitseva (Start Of Combustion, SOC) algoritmi, tätä tarkoitusta varten sovellettuna. Perinteisesti käytetty nakutusindeksi (Maximum of Pressure Oscillations, MAPO) on myös mukana. Nakutusilmiön mittaamisen mahdollisuuksia ja mittaustasoa pohditaan.