Estudio de pruebas de desempeño en un banco de pruebas computarizado de motores de gasolina MPFI.

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Estudio de pruebas de desempeño en un banco de pruebas computarizado de motores de gasolina MPFI.

ABSTRACTO

Los motores de combustión interna se prueban para obtener información sobre el motor que no se puede determinar mediante cálculos y para confirmar datos utilizados en el diseño cuya validez es dudosa. La mayoría de las pruebas en motores de combustión interna se llevan a cabo con fines comerciales para calcular y estimar sus características de rendimiento, como el rendimiento de frenado con consumo de combustible garantizado, la cantidad de aceite lubricante necesaria, la cantidad de agua de refrigeración necesaria, la durabilidad del motor bajo diferentes cargas, la capacidad de soportar sobrecargas. capacidad del motor, que a su vez son útiles para predecir mejoras económicas.


El equipo del banco de pruebas computarizado permite determinar instantáneamente y con mucha precisión hasta 8 decimales las presiones internas, los ángulos del cigüeñal, las velocidades de combustión y las temperaturas internas, lo cual es casi imposible con los bancos de pruebas tradicionales. Los parámetros internos de un motor se controlan eficazmente. El banco de pruebas está diseñado y construido para un motor de gasolina, pero también puede diseñarse para funcionar eficazmente con combustibles como el diésel y combustibles alternativos como etanol, metanol, propano, hidrógeno, biodiésel, combustibles de la serie P y combustibles híbridos.

1. INTRODUCCIÓN

El motor de gasolina MPFI de cuatro tiempos, cuatro cilindros y refrigeración por agua con sistema de adquisición de datos computarizado está montado sobre un bastidor autoportante de diseño estético. El motor y el dinamómetro de corrientes parásitas están montados sobre un bastidor equilibrado centralmente. El bastidor base se compone de perfiles en C de acero dulce. La conexión entre el motor y el dinamómetro se realiza mediante un acoplamiento universal estándar. En el dispositivo se monta un tanque de aire estándar con placas de orificio para medir el volumen real de aire aspirado hacia el cilindro. El transductor diferencial acoplado al orificio permite medir el caudal de aire en la computadora. El sensor de combustible (pérdida de peso) montado en el tanque de combustible mide el combustible consumido por el motor. Este parámetro se pasa a la computadora mediante el procesamiento de señal necesario.

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Los termopares necesarios para medir la temperatura en distintos puntos del sistema se proporcionan correspondientemente y se envían al ordenador a través de un escáner de datos. Hay dos rotámetros disponibles para medir el flujo de agua al calorímetro y a la camisa del motor y deben ingresarse manualmente en la computadora. En la culata del cilindro hay un transductor de presión que, tras un procesamiento especial de la señal, se transmite al ordenador. La velocidad del motor se mide mediante un tacogenerador o un sensor de proximidad sin contacto, mientras que el par se mide mediante una celda de carga basada en galgas extensométricas. La velocidad y el par se transmiten a la computadora.

El objetivo principal del banco de pruebas computarizado es este

  • Calcular el volumen de aire real.
  • Determinar la eficiencia volumétrica.
  • Determinar el consumo específico de combustible.
  • Determinar la eficiencia térmica del freno.
  • Determinar el rendimiento de frenado
  • Determinar la eficiencia mecánica.
  • Determinar la fuerza de fricción.
  • Dibuje el gráfico de potencia de frenado versus velocidad y carga.
  • Dibuja un balance de calor.
  • PV Y P-θ Diagramas

El panel está fabricado en madera contrachapada IMPERMEABLE según norma IS. Este panel en forma de mesa alberga toda la instrumentación necesaria para el acondicionamiento de señales y la conversión de señales de datos. En este panel se aloja ergonómicamente el ordenador personal necesario para la recogida de datos. Para facilitar la resolución de problemas, los cables de alimentación y control están marcados con un casquillo. Por lo general, se pega con cinta adhesiva un dibujo de circuito estándar detrás de la puerta del panel.

La representación esquemática del equipo del banco de pruebas es la siguiente.

Estudio de pruebas de desempeño en un banco de pruebas computarizado de motores de gasolina MPFI.
Representación esquemática de un banco de pruebas asistido por ordenador

2. REVISIÓN DE LA LITERATURA

Como James H. Tuttle et al. En 1980, cuando se trabajaba en un proceso de desaceleración utilizando un árbol de levas en forma de cuña, las levas de desaceleración a 0 °C, 60 °C, 80 °C y 96 °C sugerían que tenían un valor específico un 6,5% menor a 96 °C. carga alta, aproximadamente un 24 % menos de emisiones de óxido de nitrógeno con carga media y emisiones de HC similares[1].

Como Saunders et al. Trabajando en cierres tardíos de válvulas de admisión (LIVC) en 1989 y logrando LIVC variable utilizando un árbol de levas secundario impulsado por una correa de distribución de geometría variable, propusieron que LIVC a media carga proporcionaría una mejora 6 veces mayor en BSFC -13%. Lo mismo se aplica al LIVC con una relación de compresión variable que oscila entre el 12 y el 20%. [2].

Jerald A. Caton (2000) analizó la versión completa de la simulación termodinámica del ciclo del motor para motores de gasolina. Se utilizaron calores específicos constantes en la versión didáctica de la simulación del ciclo, mientras que se utilizaron propiedades y composiciones variables para la simulación completa. La fracción de masa quemada se calculó mediante la función de Wiebe. Se utilizó el modelo del coeficiente de transferencia de calor de Woschni para calcular la transferencia de calor a los gases del cilindro. Para la correcta selección de características constantes, los parámetros globales de rendimiento del motor y la versión instructiva de la simulación coincidieron en gran medida con los valores obtenidos al utilizar la versión completa de la simulación. [3].


Kodah et.al (2000) describe un análisis simple para predecir la presión en un motor de gasolina. Esto se hace modelando el proceso de combustión utilizando el enfoque de la función de Wiebe, una función exponencial en forma para calcular la tasa de combustible quemado. Al seleccionar cuidadosamente A y M, este modelo se puede utilizar para evaluar cualquier motor de gasolina con cualquier forma de cámara de combustión y dimensiones específicas. La validez de este modelo se probó comparando los resultados del modelo con los obtenidos al operar el motor en las mismas condiciones de operación. Los resultados obtenidos del modelo teórico se compararon con los de los datos experimentales, los cuales mostraron buena concordancia. Este trabajo también examinó los efectos de muchas condiciones operativas, como la relación de compresión, la velocidad del motor y el tiempo de encendido. [4].

Lawrence Mianzo y Huei Peng (2000) desarrollaron el modelo cilindro por cilindro de un motor de 4 cilindros con sincronización variable de válvulas. El modelo incluye la masa del cilindro y del distribuidor, la temperatura, el gas residual quemado y la dinámica de la presión, incluidos los efectos de la combustión, así como la dinámica del accionamiento de las válvulas. El modelo cilindro por cilindro se utiliza para obtener un mapeo de ciclo promedio entre el par a una velocidad determinada del motor y la sincronización de las válvulas de admisión, adecuado para futuras implementaciones de diseño de control. [5].

2.1 BREVE HISTORIA DE LOS MOTORES

· 1206: Al-Jazari describió una bomba alternativa de doble efecto con un mecanismo de biela-cigüeñal.

· 1509: Leonardo da Vinci describió un motor sin compresión.


· 1862: El inventor alemán Nikolaus Otto diseñó un motor de pistón libre, sin compresión y de acción indirecta, cuya mayor eficiencia hizo que Langens apoyara a la mayor parte del mercado, que en aquel momento estaba reservado principalmente a pequeños motores estacionarios que funcionaban con gas combustible.

· 1876 Nikolaus Otto desarrolló un práctico motor de cuatro tiempos (ciclo Otto) en colaboración con Gottlieb Daimler y Wilhelm Maybach. Sin embargo, los tribunales alemanes no consideraron que su patente se aplicara a todos los motores de compresión de cilindros ni siquiera a los de cuatro tiempos, y después de esta decisión la compresión de cilindros se volvió universal.

· 1879 Karl Benz, que trabajaba de forma independiente, recibió una patente para su motor de combustión interna, un fiable motor de gas de dos tiempos basado en el diseño del motor de cuatro tiempos de Nikolaus Otto. Posteriormente, Benz diseñó y construyó su propio motor de cuatro tiempos que utilizó en sus automóviles, que fueron los primeros automóviles en producción.

· 1882 James Atkinson inventó el motor de ciclo Atkinson. El motor Atkinson y una fase de potencia por revolución junto con diferentes volúmenes de admisión y expansión lo hacen más eficiente que el ciclo Otto.


· 1892 Rudolf Diesel desarrolló su motor térmico Carnot que quema polvo de carbón.

· 1896 Karl Benz inventó el motor bóxer, también conocido como motor bóxer, en el que los pistones correspondientes alcanzan al mismo tiempo el punto muerto superior y, por tanto, se equilibran entre sí en términos de impulsos.

· 1900 Rudolf Diesel hizo una demostración del motor diésel en la Exposición Universal de 1900 utilizando aceite de maní (ver biodiesel).

· 1900 Wilhelm Maybach diseñó un motor que se construyó en Daimler Motoren Gesellschaft según las especificaciones de Emil Jellinek, quien pidió que el motor llevara el nombre de su hija Daimler, Mercedes. En 1902, DMG empezó a fabricar automóviles con este motor.


Un motor térmico es una máquina que convierte la energía térmica en energía mecánica. El

El calor se produce cuando se queman combustibles como carbón, gasolina y diésel. Este calor se suministra a un fluido de trabajo con alta temperatura. Al expandir esta sustancia en máquinas adecuadas, la energía térmica se convierte en trabajo utilizable. Los motores térmicos se pueden dividir en dos tipos:

  1. Motor de combustión externa
  2. Motor de combustión interna

En una máquina de vapor, la combustión del combustible se produce fuera de la máquina y del vapor.

El líquido así formado se utiliza para hacer funcionar el motor. De ahí que se le conozca como Motor de combustión externa.


En el caso de Motor de combustión interna, La combustión del combustible se produce en el propio cilindro del motor.

Los motores de combustión interna se pueden clasificar de la siguiente manera

  1. Según ciclo de funcionamiento
    1. Motores de dos tiempos
    2. Motores de cuatro tiempos
  2. Después del ciclo de combustión
    1. Motor Otto (combustión a volumen constante)
    2. Motor diésel (combustión a presión constante)
    3. Motor dual: de combustión interna o semidiesel (combustión en parte a volumen constante y en parte a presión constante)
  3. Según la disposición de los cilindros.
    1. motor horizontal
    2. motor vertical
    3. motor tipo V
    4. motor radial
  4. Dependiendo del uso previsto
    1. motor estacionario
    2. motor portatil
    3. motor de barco
    4. Motor del coche
    5. motor de avión
  5. Dependiendo del combustible utilizado y del método de suministro de combustible al cilindro del motor.
    1. motor de aceite
    2. Motor de gasolina
    3. Motor de gasolina
    4. motor de queroseno
    5. Motor de carburador, incandescente, inyección de combustible sólido e inyección de aire.
  6. Dependiendo de la velocidad del motor
    1. motor de baja velocidad
    2. Motor de velocidad media
    3. motor de alta velocidad
  7. Dependiendo del método de encendido
    1. Motor Otto (SI).
    2. Motor de encendido por compresión (CI).
  8. Dependiendo del método de enfriamiento del cilindro.
    1. Motor refrigerado por aire
    2. Motor refrigerado por agua
  9. Según el método de gobierno.
    1. Motor controlado aleatoriamente
    2. Motor de calidad controlada
    3. Motor controlado por volumen
  10. Dependiendo de la disposición de válvulas
    1. Motor con válvulas en cabeza.
    2. L – Motor tipo cabezal
    3. T – Motor tipo cabezal
    4. F – motor de cabeza
  11. Dependiendo del número de cilindros
    1. Motor monocilíndrico
    2. Motor multicilíndrico

A Motor de gasolina Es un motor de combustión interna de encendido por chispa diseñado para funcionar con gasolina y combustibles volátiles similares.

En la mayoría de los motores de gasolina, el combustible y el aire suelen mezclarse después de la compresión. La premezcla solía realizarse en un carburador, pero ahora se realiza mediante inyección de combustible controlada electrónicamente, excepto en motores pequeños donde el costo y las complicaciones de la electrónica no justifican la eficiencia adicional del motor.

El proceso se diferencia de un motor diésel en la forma en que se mezclan el combustible y el aire, así como en el uso de bujías para iniciar el proceso de combustión. En un motor diésel, sólo se comprime aire y el combustible se inyecta en aire muy caliente al final de la carrera de compresión y se enciende automáticamente.

Los motores de gasolina de cuatro tiempos son los motores más utilizados actualmente en el sector de la automoción y los vehículos, tanto en aplicaciones monocilíndricas como multicilíndricas. Motores de gasolina de cuatro tiempos muy utilizados en coches, motos, scooters, pequeños aviones de hélice, Fórmula 1, pequeñas lanchas a motor, autorickshaws, sistemas de pulverización de agua, etc. Golpe de gama baja Capacidades de los motores.

2.2 PRINCIPIOS FUNCIONALES

2.2.1 MOTOR DIESEL DE CUATRO TIEMPOS

En los motores de cuatro tiempos, hay cuatro tiempos que hacen dos revoluciones del cigüeñal. Estas son, respectivamente, las carreras de succión, compresión, potencia y escape. La ilustración muestra el pistón en su carrera de succión descendente. Durante esta carrera, solo se introduce aire limpio en el cilindro a través de la válvula de admisión mientras la válvula de escape está cerrada.

Estas válvulas pueden accionarse mediante levas, empujadores y balancines. La siguiente carrera es la carrera de compresión, donde el pistón se mueve hacia arriba mientras ambas válvulas permanecen cerradas. El aire que entró en el cilindro durante la carrera de succión se comprime cada vez más a medida que sube el pistón. La relación de compresión suele variar entre 14:1 y 22:1.

La presión al final de la carrera de compresión está entre 30 y 45 kg/cm2. A medida que el aire en el cilindro se comprime progresivamente, su temperatura aumenta hasta que, cerca del final de la carrera de compresión, llega a ser lo suficientemente alta (650-80°C) para encender instantáneamente el combustible inyectado en el cilindro. Cuando el pistón está en la parte superior de su carrera de compresión, un combustible de hidrocarburo líquido, como el gasóleo, se pulveriza en la cámara de combustión a alta presión (140-160 kg/cm2), que es superior a la presión presente en el cilindro. sí mismo. Este combustible luego se enciende y se quema con el oxígeno del aire altamente comprimido. Durante el período de inyección de combustible, el pistón llega al final de su carrera de compresión y comienza a regresar a la tercera carrera consecutiva, la carrera de potencia.. Durante esta carrera, los productos calientes de la combustión, que consisten principalmente en dióxido de carbono, se expanden junto con el nitrógeno restante del aire comprimido, obligando al pistón a descender. Esta es sólo la carrera de trabajo del cilindro.

Estudio de pruebas de desempeño en un banco de pruebas computarizado de motores de gasolina MPFI.
Motor diésel de cuatro tiempos

Durante la carrera de potencia, la presión cae desde su valor máximo de combustión (47-55 kg/cm2), que suele ser mayor que el valor mayor de presión de compresión (45 kg/cm2), hasta aproximadamente 3,5-5 kg/cm2 cerca del final del trazo. Luego, la válvula de escape se abre, generalmente un poco antes de que el pistón alcance su punto más bajo. Los gases de escape se eliminan durante la siguiente carrera ascendente del pistón. La válvula de escape permanece abierta durante toda la carrera y se cierra en la parte superior de la carrera.

El movimiento de vaivén del pistón se convierte en movimiento de rotación del cigüeñal mediante la biela y el cigüeñal. El cigüeñal gira sobre los cojinetes principales alojados en el cárter. El volante está montado en el cigüeñal para compensar el par desigual creado en el motor alternativo.

2.2.2 MOTOR DE CUATRO TIEMPOS CON ENCENDIDO POR CHISPA

La gasolina se mezcla con aire, se divide en niebla y se evapora parcialmente en un carburador. Luego la mezcla es succionada hacia el interior del cilindro. Ahí esta comprimido

el movimiento ascendente del pistón y se enciende mediante una chispa eléctrica. Cuando se quema la mezcla, el calor generado hace que los gases se expandan. Los gases en expansión ejercen presión sobre el pistón (carrera de potencia). La próxima vez que el pistón suba, los gases de escape se escaparán. Las carreras son similares a las comentadas para los motores diésel de cuatro tiempos. La relación de compresión varía entre 4:1 y 8:1 y la mezcla de aire y combustible entre 10:1 y 20:1.

2.3 COMPARACIÓN DE MOTORES CI Y SI

El motor CI tiene las siguientes ventajas sobre el motor SI.

  1. La confiabilidad del motor CI es mucho mayor que la del motor SI. Esto se debe a que si falla el sistema de batería, encendido o carburador, el motor de gasolina no puede funcionar, mientras que el motor CI, que tiene un inyector separado para cada cilindro, tiene un menor riesgo de falla.
  2. La distribución de combustible a cada cilindro es uniforme porque cada uno de ellos tiene un inyector separado, mientras que en el motor de gasolina la distribución de la mezcla de combustible no es uniforme debido al diseño del carburador único y del colector de admisión.
  3. Debido a que el tiempo de mantenimiento del sistema de inyección de combustible del motor CI es más largo, el costo de mantenimiento es menor que el del motor de gasolina.
  4. La relación de expansión del motor CI es mayor que la del motor SI; Por tanto, la pérdida de calor en las paredes del cilindro es menor en un motor CI que en un motor de gasolina. Esto significa que el sistema de refrigeración del motor CI se puede hacer más pequeño.
  5. Las características de torsión del motor CI son más consistentes, lo que resulta en un mejor rendimiento de la marcha máxima.
  6. Después de un arranque en frío, el motor CI puede pasar rápidamente de carga parcial a carga completa, mientras que el motor de gasolina requiere un calentamiento.
  7. El combustible (diesel) para el motor CI es más barato que el combustible (gasolina) para el motor SI.
  8. El riesgo de incendio en el motor CI se minimiza por la ausencia del sistema de encendido.
  9. En el rango de carga parcial, el consumo específico de combustible del motor CI es bajo.
Estudio de pruebas de desempeño en un banco de pruebas computarizado de motores de gasolina MPFI.
Motores SI versus CI

2.4 COMPARACIÓN DE MOTORES DE CUATRO TIEMPOS Y DE DOS TIEMPOS

aspectos MOTORES DE CUATRO TIEMPOS MOTORES DE DOS TIEMPOS
Finalización del ciclo El ciclo se completa en cuatro carreras del pistón o dos revoluciones del cigüeñal. El ciclo se completa en dos golpes del pistón o una revolución del cigüeñal.
volante Debido a la rotación desigual, se requiere un volante más pesado. Debido a la suave rotación, se requiere un volante más ligero
Potencia producida por el mismo tamaño de motor. Debido a un golpe de potencia de dos revoluciones, la potencia generada es baja. Se produce más potencia debido a un golpe de potencia por revolución.
Requisitos de refrigeración y lubricación. Menores requisitos de refrigeración y lubricación. Precio más bajo con desgaste Mayores requisitos de refrigeración y lubricación. Gran desgaste.
Mecanismo de válvula y válvula. Incluye válvula y mecanismo de válvula. Sin mecanismo de válvula, solo conexiones.
coste de adquisición Debido al gran peso y complejidad del mecanismo de válvula, el costo inicial es mayor. Debido al bajo peso y la sencillez, los costes de compra son más económicos.
Eficiencia volumétrica Más debido al período de entrenamiento más largo Menos debido al menor tiempo de inducción.
Eficiencia térmica y de carga parcial Mayor eficiencia térmica, mejor eficiencia de carga parcial Menor eficiencia térmica y menor eficiencia de carga parcial
Aplicaciones Se utiliza donde la eficiencia es importante; en automóviles, autobuses, camiones, tractores, motores industriales, aviones, generadores de energía, etc. Sólo se utiliza en tamaños muy pequeños, cortacésped, scooters y motocicletas. Utilizado para propulsión marina en tamaños muy grandes con más de 60 cm de diámetro debido a su peso ligero y compacidad.

2.5 COMPARACIÓN ENTRE UN MOTOR DE GASOLINA Y UN MOTOR DIESEL

MOTOR DE GASOLINA MOTOR DIESEL
Durante la carrera de succión, una mezcla de aire y gasolina es aspirada hacia el cilindro del motor. Durante la carrera de succión sólo se aspira aire.
Bujía que usé. Utiliza un inyector.
La electricidad se genera por ignición externa. La electricidad se genera mediante encendido por compresión.
Eficiencia térmica hasta 25% Eficiencia térmica hasta 40%
Ocupa menos espacio. Ocupa más espacio.
Más costos continuos. Menos costos continuos.
De peso ligero. Pesado en peso.
El combustible (gasolina) es más caro. Combustible (diesel) más barato.
La volatilidad de la gasolina es peligrosa. El diésel es inofensivo porque no es volátil.
Posible preignición. No es posible el preencendido.
Funciona en el ciclo Otto. Funciona en ciclo diésel.
Menos confiable. Más confiable.
Utilizado en automóviles y motocicletas. Utilizado en vehículos pesados ​​como camiones, autobuses y maquinaria pesada.

2.6 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS MOTORES DE DOS TIEMPOS FRENTE A LOS DE CUATRO TIEMPOS

VENTAJAS

  1. El motor de dos tiempos produce una carrera de potencia por cada revolución del cigüeñal. Por lo tanto, la potencia desarrollada con el mismo régimen del motor y volumen de cilindros es teóricamente el doble que la de un motor de cuatro tiempos, que sólo produce una carrera de potencia por cada dos revoluciones del cigüeñal. Sin embargo, en la práctica sólo se desarrolla entre un 50% y un 60% de energía adicional debido a un lavado deficiente.
  2. Con un ciclo de trabajo por revolución del cigüeñal, el par sobre el cigüeñal se vuelve más uniforme. Por tanto, un motor de dos tiempos requiere un volante más ligero.
  3. El motor de dos tiempos tiene una estructura más sencilla. El diseño de sus conexiones es mucho más sencillo y su mantenimiento más sencillo que el del mecanismo de válvulas.
  4. Se ahorra la potencia necesaria para superar la resistencia a la fricción de las carreras de admisión y escape, lo que se traduce en cierto ahorro de combustible.
  5. Debido a la ausencia de levas, árboles de levas, balancines, etc. del mecanismo de válvulas, la eficiencia mecánica es mayor.
  6. El motor de dos tiempos produce menos vibraciones.
  7. A la misma potencia, un motor de dos tiempos es más compacto y requiere menos espacio que un motor de cuatro tiempos. Esto lo hace más adecuado para su uso en máquinas pequeñas y motocicletas.
  8. Un motor de dos tiempos es más ligero para la misma potencia y velocidad, especialmente cuando se utiliza la compresión del cárter.
  9. Debido a su estructura más sencilla, se requieren menos repuestos.
  10. Un motor de dos tiempos se puede revertir fácilmente si es del tipo sin válvulas.

DESVENTAJAS

  1. Debido a que la recuperación no es muy eficiente en un motor de dos tiempos, se produce una dilución de carga, lo que resulta en una eficiencia térmica deficiente.
  2. Los motores de dos tiempos con encendido por chispa no tienen un sistema de lubricación independiente y normalmente el aceite lubricante se mezcla con el combustible. Esto no es tan eficaz como lubricar un motor de cuatro tiempos. Por tanto, las piezas del motor de dos tiempos están sujetas a un mayor desgaste.
  3. En un motor de dos tiempos con encendido por chispa, parte del combustible va directamente al escape. Por tanto, el consumo de combustible por caballo de fuerza es comparativamente mayor.
  4. Bajo cargas elevadas, un motor de dos tiempos se calienta debido a la generación excesiva de calor. Al mismo tiempo, el motor funciona de forma muy silenciosa con poca carga.
  5. Debido a la mayor generación de calor, se consume más aceite lubricante.
  6. Debido a que los puertos permanecen abiertos durante la carrera ascendente, la compresión real solo comienza después de que se hayan cerrado los puertos de entrada y escape. Por tanto, la relación de compresión de este motor es inferior a la de un motor de cuatro tiempos de las mismas dimensiones. Dado que la eficiencia de un motor es directamente proporcional a su relación de compresión, la eficiencia de un motor de dos tiempos es menor que la de un motor de cuatro tiempos del mismo tamaño.

3. MATERIALES Y MÉTODOS

La gasolina se utiliza como combustible en el análisis de desempeño. La gasolina es un líquido derivado del petróleo que se utiliza principalmente como combustible en motores de combustión interna de encendido por chispa. Se compone principalmente de compuestos orgánicos obtenidos por destilación fraccionada del petróleo y enriquecidos con diversos aditivos.

La gasolina se utiliza en motores de gasolina. Algunas de sus propiedades son

  • Contenido energético: 34,2 MJ/L
  • Par para motor de 10 litros: 300 Nm a 4000 rpm
  • Potencia: 600 CV a 5500 rpm
  • El calor de vaporización: 305 KJ/Kg
  • Temperatura de autoignición: 228 – 470 °C
  • Número de octanaje de investigación: 95
  • Número de octanaje del motor: 85
  • Punto de ebullición: 27 – 225˚C
  • Densidad: 740 kg/m3

·CONSUMO ESPECÍFICO DE COMBUSTIBLE: La relación entre el consumo de combustible por unidad de tiempo (kg/h) y la potencia producida por el motor es el consumo específico de combustible.

Unidades: kg/año

POTENCIA DE FRENADO: La potencia que desarrolla un motor en el eje de salida se llama poder de frenado.

Unidades: kilovatios

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N = velocidad en rpm

W = carga en kg

C = 2000 = constante del dinamómetro

POTENCIA ESTABLECIDA La potencia total desarrollada por la combustión del combustible en la cámara de combustión se llama Potencia mostrada

Unidades: kilovatios

EFICIENCIA VOLUMÉTRICA Relación entre la densidad de masa de la mezcla de aire y combustible que ingresa al cilindro a presión atmosférica (durante la carrera de admisión) y la densidad de masa del mismo volumen de aire en el colector de admisión.

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EFICIENCIA TÉRMICA: Es la relación entre el trabajo indexado realizado y la energía suministrada por el combustible.

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EFICIENCIA MECÁNICA: La eficiencia mecánica es el parámetro que indica la efectividad de un motor para convertir su energía de entrada en energía de salida.

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ÁNGULO DEL CIGÜEÑAL: El ángulo de rotación de un cigüeñal, medido desde la posición donde el pistón está en su punto más alto, se llama punto muerto superior (TDC).

PRESIÓN MEDIA EFECTIVA: La presión media efectiva se define como la presión que se supone que actúa sobre el pistón durante toda la carrera de potencia.

Si se basa en IP, se denomina presión efectiva media indicada, y si se basa en BP, se denomina presión efectiva media de frenado. De manera similar, la presión de fricción efectiva media se puede definir como:


Feurodiputado = yoeurodiputado – Beurodiputado

RELACIÓN COMBUSTIBLE-AIRE La relación combustible-aire es la relación entre la masa de combustible y la masa de aire en la mezcla de aire y combustible.

P – DIAGRAMA THETA

El dispositivo que mide las fluctuaciones de presión en el cilindro durante un ciclo parcial o completo se llama indicador, y la representación de esta información se llama gráfico indicador. Básicamente hay dos tipos de gráficos de indicadores.

  • Diagrama presión-volumen (PV).
  • Diagrama presión – ángulo del cigüeñal (P – Theta).

3.1 ESPECIFICACIONES DEL MOTOR

Marca: MARUTI SWIFT-MPFI

  • Cuatro cilindros.
  • Enfriado hidráulicamente.
  • 1197 cc, 20 kW (aprox.).
  • Diámetro del cilindro: 73,0 mm
  • Longitud de carrera: 71,5 mm
  • Relación de compresión: 9,0:1

DINAMÓMETRO

Marca: TECHNOMECH

  • Tipo de corrientes de Foucault.
  • Enfriado hidráulicamente – Se requiere al menos 4 kg/cm2 de presión
  • Medición de carga: celda de carga basada en galgas extensométricas
  • Capacidad máxima: 30 kW
  • Velocidad máxima: 3000 rpm
  • Junto con un JUNTA CIRCULAR ESTÁNDAR Acoplamiento.

TANQUE DE AIRE

Fabricante: MECHTRIX

  • Tipo cúbico.
  • Acero estructural.
  • Diámetro de apertura – 30 mm

CALORÍMETRO

Fabricante: MECHTRIX

  • Revestimientos interiores y exteriores – EM/GI.
  • Fijación – a través de la brida.
  • Recubierto de polvo.

DEPÓSITO DE COMBUSTIBLE

Marca: ESTÁNDAR/FABRICADO

  • Material: SS Hecho.
  • 15 Capacidad LTS.

COMPUTADORA

Marca: MONTADO.

Estudio de pruebas de desempeño en un banco de pruebas computarizado de motores de gasolina MPFI.
Dinamómetro de corrientes de Foucault
Estudio de pruebas de desempeño en un banco de pruebas computarizado de motores de gasolina MPFI.
Motor de gasolina de cuatro cilindros y cuatro tiempos

3.2 MEDICIONES

PRESIÓN DE LA CABEZA CILÍNDRICA

  • Tipo – Piezoeléctrico.
  • Enfriado hidráulicamente.
  • Procesamiento de señal independiente.
  • Rango: 350bar Hacer – PCB.

ROTAMETRO

  • Tipo – ACRÍLICO.
  • Rango: 0 a 15 L/min para refrigeración del motor.
  • Rango: 0 a 10 Lpm para enfriamiento por calorímetro
  • Hacer – CONTROL S.

LA VELOCIDAD DEL MOTOR

  • Tipo – Generador tacométrico/proximidad sin contacto.
  • Rango – 0 – 9999 rpm.
  • Procesamiento de señal independiente.
  • Hacer – POR DEFECTO.

MEDICIÓN DE TEMPERATURA

  • Tipo – “K – Tipo”.
  • Rango – 0 – 600°C.
  • Procesamiento de señal independiente.
  • Hacer – POR DEFECTO

PAR EN EL DINAMÓMETRO

  • Tipo – Galgas extensométricas.
  • Rango – 0 – 50 kg.
  • Procesamiento de señal independiente.
  • Hacer – TECNOMECA.

DECODIFICADOR DEL ÁNGULO DEL CIGUENAL

  • Velocidad: 5500 rpm con pulso TDC.
  • Procesamiento de señal independiente.
  • Hacer – CODIFICADOR1S INDIA.

FLUJO DE AIRE

  • Tipo – Transductor de presión diferencial.
  • Rango: 0 a 125 mm de CA
  • Procesamiento de señal independiente
  • Hacer – POR DEFECTO.

FLUJO DE COMBUSTIBLE

  • Tipo – Galgas extensométricas.
  • Rango – 0 – 15 kg.
  • Procesamiento de señal independiente
  • Hacer – SENSORES SURAKSHA.

RECOPILACIÓN DE DATOS Y SOFTWARE Desarrollo: MECHTRIX

  • Resolución – 16 bits.
  • Sistema operativo: Windows 7 y superior.

Tipo de software: tiempo de ejecución.

  • El programa de software ofrece una plataforma completa para el análisis de tendencias.

INFORMES HISTÓRICOS

Funciones de dibujo de diagramas (IP, IMEP y FP).El software es capaz de procesar los valores experimentales para obtener valores calculados. El software está diseñado para equipo individual y también se puede actualizar por un aplicación centralizada según los requisitos del cliente.

Estudio de pruebas de desempeño en un banco de pruebas computarizado de motores de gasolina MPFI.
Codificador de ángulo del cigüeñal
Estudio de pruebas de desempeño en un banco de pruebas computarizado de motores de gasolina MPFI.
Generador de tacómetro

4. ANÁLISIS DE RESULTADOS

4.1 OBSERVACIONES

PRUEBA DE RENDIMIENTO

A continuación se muestran los valores observados al experimentar con el rendimiento del motor de gasolina de 4 tiempos y 4 cilindros.

Estudio de pruebas de desempeño en un banco de pruebas computarizado de motores de gasolina MPFI.
Tabla: Prueba de rendimiento
HOLA: Entrada de calor BSFC: Consumo específico de combustible en términos de BP
ISFC: Consumo específico de combustible en relación con IP METROEff :
Eficiencia mecánica
BTEff : Eficiencia térmica del freno. ÉLEff : Eficiencia térmica mostrada

EFICIENCIA VOLUMÉTRICA

A continuación se muestran los valores observados al experimentar con la eficiencia volumétrica del motor de gasolina de 4 tiempos y 4 cilindros.


Estudio de pruebas de desempeño en un banco de pruebas computarizado de motores de gasolina MPFI.
Tabla: Eficiencia volumétrica

FP: fuerza de fricción

Presión arterial: poder de frenado
IP: Potencia mostrada METROF
: masa de combustible consumido

BALANCE DE CALOR

A continuación se muestran los resultados observados mientras se trabaja en el equilibrio térmico del motor.

Estudio de pruebas de desempeño en un banco de pruebas computarizado de motores de gasolina MPFI.
Tabla: balance de calor
HOLA: Entrada de calor real HEG: Calor a los gases de escape.
HTA: Escuche el rendimiento de frenado HUNO: El calor no se tiene en cuenta.
TS: Calor para enfriar agua

PRESIÓN – DIAGRAMA THETA

Estudio de pruebas de desempeño en un banco de pruebas computarizado de motores de gasolina MPFI.
Gráfico: diagrama P-θ

DIAGRAMA DE PRESIÓN – VOLUMEN

Estudio de pruebas de desempeño en un banco de pruebas computarizado de motores de gasolina MPFI.
Gráfico: diagrama fotovoltaico

CONCLUSIÓN Y ALCANCE FUTURO

El equipo de prueba computarizado utilizado para estimar y calcular el rendimiento de motores de gasolina de 4 cilindros y 4 tiempos es muy útil y muy eficaz para determinar múltiples parámetros, como el ángulo del cigüeñal, la presión de combustión interna del cilindro, el caudal de combustible, etc., que los tradicionales. banco de pruebas -Equipo. Los resultados así obtenidos son muy precisos y los gráficos así obtenidos son muy precisos. El sistema de adquisición de datos juega un papel importante en la obtención de resultados experimentales ya que puede extraer valores con una precisión de hasta 8 decimales. El banco de pruebas convencional no puede ofrecer resultados precisos. Al utilizar sensores electrónicos controlados por computadora, como transductor de presión, sensor de ángulo del cigüeñal, sensor de velocidad y sensor de flujo de combustible, los resultados alcanzan una precisión de 6N y la probabilidad de errores de medición es casi nula.

El banco de pruebas computarizado también se puede aplicar a combustibles alternativos para mejorar las emisiones respetuosas con el medio ambiente, que actualmente están atrayendo gran atención en el campo de los motores de combustión interna. Además, el banco de pruebas también se puede desarrollar simulando el funcionamiento del motor, lo que puede allanar el camino para futuras investigaciones sobre el aumento de la eficiencia del motor, tanto volumétrica como térmica.

El banco de pruebas está diseñado y construido para un motor de gasolina, pero también puede diseñarse para funcionar eficazmente con combustibles como el diésel y combustibles alternativos como etanol, metanol, propano, hidrógeno, biodiésel, combustibles de la serie P y combustibles híbridos.

CONOCIMIENTO

Este proyecto no hubiera sido posible sin la ayuda y orientación de varias personas.

Expresamos nuestro más profundo agradecimiento Dr. CH KESAVA REDDY, Profesor Asistente Senior, Departamento de Ingeniería Mecánica (Mecatrónica), por su invaluable apoyo en todas las áreas de nuestro trabajo. Su apoyo jugó un papel crucial en la implementación del proyecto.

estamos muy agradecidos Dr. P. VENKATA RAMANAProfesor, Facultad de Ingeniería Mecánica (Mecatrónica), por su ayuda y orientación en la implementación de la estructura del proyecto.

Nosotros también estamos agradecidos Prof. K SUDHAKAR REDDY, Jefe del Departamento de Ingeniería Mecánica (Mecatrónica), quien rápidamente respondió a nuestra solicitud de realizar trabajos en los laboratorios del departamento y, en la medida de lo posible, obtuvo las actualizaciones del proyecto.

Primero que nada queremos agradecerte. Prof. G CHANDRA MOHAN REDDY, Director del Instituto de Tecnología Mahatma Gandhi por su inspiración y apoyo continuo durante el trabajo del proyecto.

Agradecemos a todas las facultades docentes y no docentes que nos ayudaron a culminar exitosamente nuestro proyecto.

REFERENCIAS

  • Documento de revisión del motor de gasolina de cuatro tiempos | Sagar P Mistry et.al | (IJEDR) Revista Internacional de Investigación y Desarrollo Técnico | Volumen 4, Número 4 | 2016
  • Desarrollo de un banco de pruebas para motores diésel HSDI de cuatro cilindros | Sanaur Rehman y otros | Revista Internacional de Investigación Innovadora en Ciencia (IJIRS) | Volumen 2 Número 10 | octubre 2013
  • Análisis experimental del rendimiento de un motor monocilíndrico de gasolina de dos tiempos con gasolina y GLP | Maneesh Kumar Dubey y otros | Revista Internacional de Investigación en Ingeniería Mecánica y Robótica (IJMERR) | Volumen 3, Número 4 | octubre 2014
  • Evaluación del desempeño de un motor de gasolina de cuatro tiempos con y sin Oxyrich Air Energizer a 1000 rpm | Nilesh T. Dhokane y otros | Revista Internacional de Ingeniería y Tecnología Actuales (IJCET) | Número 4 | marzo 2016
  • Análisis de rendimiento de un motor de gasolina de dos tiempos basado en la variación del diámetro de la boquilla del carburador principal. Abhishek Chakraborty y otros | Revista Internacional de Investigación y Aplicaciones de Ingeniería (IJERA) | Volumen 3, Número 4 | Julio – Agosto 2013
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ABSTRACT
IC Engines are tested to obtain information about the engine which cannot be determined by calculations, to confirm data used in the design, the validity of which is in doubt. The majority of the tests on internal combustion engines are carried out for commercial purposes in order to calculate and estimate their performance characteristics such as Brake Horse Power with guaranteed fuel consumption, quantity of lubricating oil required, quantity of cooling water required, steadiness of the engine loaded at different loads, overload carrying capacity of the engine which in turn are useful in the predicting betterment of economies.

             The Computerized Test Rig Equipment is used to determine the Internal Pressure, Crank Angle, Combustion Rates, and Internal Temperatures instantaneously and very precisely up to 8 decimal digits which is almost not possible in conventional test rigs. The internal parameters of an engine are controlled effectively.              The test rig is designed and constructed for a Petrol Engine, but can also be designed to perform effectively with fuels like Diesel and alternative fuels such as Ethanol, Methanol, Propane, Hydrogen, Bio-Diesel, P – Series fuels and Hybrid Fuels.

1. INTRODUCTION
The Four Cylinder Four Stroke Water Cooled MPFI – PETROL Engine with Computerized Data Acquisition System is mounted on an aesthetically designed self – sustained frame. The engine and Eddy Current dynamometer are mounted on a centrally balanced-based frame. The base frame is fabricated with mild steel “C” sections. The engine and the dynamometer are coupled using standard Universal coupling. A standard air tank with orifice plates is fixed within the rig for measuring the actual volume of air drawn into the cylinder. The Differential transducer provided at the orifice plate facilities the measurement of airflow rate at the computer. Fuel sensor (weight loss) is mounted to the fuel tank measures the fuel consumed by the engine. This parameter is routed to the computer using necessary signal conditioning.
Scalar and Vector | Definitions | D…Please enable JavaScript

       The thermocouples necessary for the measurements of temperature at various points in the system are suitably provided and routed to the computer via data scanner. Two Rotameters are provided to measure the water flow rate to calorimeter and engine jacket and this has to be entered manually to the computer. A pressure transducer is fitted to the cylinder head and is routed to the computer after special signal conditioning. The speed of the engine is measured using a Tacho – generator or non – contact proximity sensor, while the torque is measured using strain gauge based load cell.  isolating to speed and torque are routed to the computer.

The main objective of the Computerized Test Rig is to
Calculate Actual Volume of AirDetermine Volumetric EfficiencyDetermine Specific Fuel ConsumptionDetermine Brake Thermal EfficiencyDetermine Brake PowerDetermine Mechanical EfficiencyDetermine Frictional PowerDraw the graph of Brake Power Vs Speed and LoadDraw Heat Balance SheetP – V and P – θ Diagrams
The panel is fabricated using WATERPROOF Plywood as per IS standard. This desk type panel houses all the instrumentation required for signal conditioning and data signal converting. Personal computer required for data acquisition is ergonomically housed within this panel. Power and control wiring is suitably marked using ferrule for easy troubleshooting. A standard circuit drawing is normally pasted behind the panel door.

The Schematic representation of Test Rig Equipment is as follows.
Schematic Representation of Computerized Test Rig

2. LITERATURE REVIEW

James H Tuttle et.al in 1980, upon working on a delay operation using Splined Camshaft, cams used to delay 0˚C, 60˚C, 80˚C, 96˚C proposed that, at 96˚C showed 6.5% lower specific fuel consumption at high load, about 24% lower nitric  oxide emissions at mid – load and similar HC Emissions[1].

        Saunders et.al in 1989, upon working on Late Intake Valve Closings (LIVC), achieved Variable LIVC by means of a secondary camshaft driven by a variable geometry timing belt, proposed that LIVC shows 6 – 13% showed improvement in BSFC at half load. The same for LIVC with Variable Compression Ratio was about 12 – 20% [2].

        Jerald A. Caton (2000) analysed the complete version of the thermodynamic engine cycle simulation for spark – ignition engine. The instructional version of cycle simulation used constant specific heats as compared to using variable properties and composition for the complete simulation. Mass fraction burned was calculated using Wiebe function. Woschni heat transfer coefficient model was used to calculate heat transfer to the cylinder gases. For the proper selection of constant properties, the global engine performance parameters and was obtained the instructional version of the simulation were in close 17 agreement to the values obtained from using the complete version of the simulation [3].

      Kodah et.al (2000) describes a simple analysis for the prediction of pressure within a spark ignition engine. This is done by modelling the combustion process using the Wiebe function approach, which is an exponential function in the form to calculate the rate of fuel burned. By careful selection of A and M, any spark ignition engine with any combustion chamber shape and any specified dimensions can be assessed by this model. The validity of this model has been tested by comparing the model results with those obtained from running the engine under the same operating conditions. The results obtained from the theoretical model were compared with those from the experimental data which show a good agreement. Effects of the many operating conditions, such as compression ratio, engine speed, and spark timing have also been studied in this work [4].
      Lawrence Mianzo and Huei Peng (2000) developed the cylinder-by-cylinder model of a variable valve timing 4-cylinder engine. The model includes the cylinder and manifold mass, temperature, burned gas residual, and pressure dynamics, including combustion effects, as well as the valve actuator dynamics. The cylinder – by – cylinder model is used to obtain a cycle-averaged mapping between torque at given engine speed and intake valve timing, which is suitable for future control design implementations [5].
2.1 BRIEF HISTORY OF ENGINES
·         1206: Al-Jazari described a double-acting reciprocating piston pump with a crankshaft-connecting rod mechanism.

·         1509: Leonardo da Vinci described a compressionless engine.

·         1862: German inventor Nikolaus Otto designed an indirect – acting free -piston compressionless engine whose greater efficiency won the support of Langen then most of the market, which at that time was mostly for small stationary engines fuelled by lighting gas.
·         1876 Nikolaus Otto, working with Gottlieb Daimler and Wilhelm Maybach, developed a practical four-stroke cycle (Otto cycle) engine. The German courts, however, did not hold his patent to cover all in-cylinder compression engines or even the four-stroke cycle, and after this decision, in-cylinder compression became universal.
·         1879 Karl Benz, working independently, was granted a patent for his internal combustion engine, a reliable two-stroke gas engine, based on Nikolaus Otto’s design of the four-stroke engine. Later, Benz designed and built his own four-stroke engine that was used in his automobiles, which became the first automobiles in production.
·         1882 James Atkinson invented the Atkinson cycle engine. Atkinson’s engine and one power phase per revolution together with different intake and expansion volumes, making it more efficient than the Otto cycle.

·         1892 Rudolf Diesel developed his Carnot heat engine type motor burning powdered coal dust.
·         1896 Karl Benz invented the boxer engine, also known as the horizontally opposed engine, in which the corresponding pistons reach the top dead centre at the same time, thus balancing each other in momentum
·         1900 Rudolf Diesel demonstrated the diesel engine in the 1900 Exposition Universelle (World’s Fair) using peanut oil (see biodiesel).
·         1900 Wilhelm Maybach designed an engine built at Daimler Motoren Gesellschaft following the specifications of Emil Jel linek —who required the engine to be named Daimler – Mercedes after his daughter. In 1902 automobiles with that engine were put into production by DMG.

A heat engine is a machine, which converts heat energy into mechanical energy. The

combustion of fuels such as coal, petrol, and diesel generates heat. This heat is supplied to a working substance at high temperature. By the expansion of this substance in suitable machines, heat energy is converted into useful work. Heat engines can be further divided into two types:
External Combustion EngineInternal Combustion Engine
In a steam engine, the combustion of fuel takes place outside the engine and the steam
thus formed is used to run the engine. Thus, it is known as the External Combustion Engine.

In the case of the Internal Combustion Engine, the combustion of fuel takes place inside the engine cylinder itself.
The IC engines may be classified as follows
According to Cycle of OperationTwo – Stroke Cycle EnginesFour – Stroke Cycle EnginesAccording to Cycle of CombustionOtto Cycle Engine ( Combustion at Constant Volume)Diesel Cycle Engine (Combustion at Constant Pressure)Dual – Combustion or Semi-Diesel Cycle Engine (Combustion partly at constant volume and partly at constant pressure)According to the Arrangement of CylinderHorizontal EngineVertical EngineV – type EngineRadial EngineAccording to their usesStationary EnginePortable EngineMarine EngineAutomobile EngineAero EngineAccording to the fuel employed and the method of fuel supply to the engine cylinderOil EnginePetrol EngineGas EngineKerosene EngineCarburettor, hot bulb, solid injection and air injection engine.According to the speed of the EngineLow-Speed EngineMedium Speed EngineHigh-Speed EngineAccording to the method of ignitionSpark Ignition (SI) EngineCompression Ignition (CI) EngineAccording to the method of cooling the cylinderAir – Cooled EngineWater – Cooled EngineAccording to the method of GoverningHit and miss governed EngineQuality governed EngineQuantity Governed EngineAccording to Valve ArrangementOverhead Valve EngineL – Head type EngineT – Head type EngineF – Head type EngineAccording to the number of cylindersSingle Cylinder EngineMulti-Cylinder Engine
A petrol engine is an internal combustion engine with spark-ignition, designed to run on petrol and similar volatile fuels.
In most petrol engines, the fuel and air are usually mixed after compression. The pre-mixing was formerly done in a carburettor, but now it is done by electronically controlled fuel injection, except in small engines where the cost/complication of electronics does not justify the added engine efficiency.

The process differs from a diesel engine in the method of mixing the fuel and air, and in using spark plugs to initiate the combustion process. In a diesel engine, only air is compressed and the fuel is injected into very hot air at the end of the compression stroke, and self-ignites.

The four-stroke petrol engines are the most commonly used engines in today’s automobile sector and vehicles, both in cases of a single cylinder and multi-cylinder applications. Four stroke petrol engine commonly used in cars, motorbikes, scooters, small propeller aircraft, formula one, small motor powered boats, auto-rickshaw, water spray systems, etc. The petrol four-stroke engines have wide applications since the higher value of the low-end punch capabilities of the engines.
2.2 PRINCIPLES OF OPERATION
2.2.1 FOUR-STROKE CYCLE DIESEL ENGINE
        In four-stroke cycle engines, there are four strokes completing two revolutions of the crankshaft. These are respectively, the suction, compression, power and exhaust strokes. In Fig, the piston is shown descending on its suction stroke. Only pure air is drawn into the cylinder during this stroke through the inlet valve, whereas, the exhaust valve is closed.
        These valves can be operated by the cam, push rod and rocker arm. The next stroke is the compression stroke in which the piston moves up with both the valves remaining closed. The air, which has been drawn into the cylinder during the suction stroke, is progressively compressed as the piston ascends. The compression ratio usually varies from 14:1 to 22:1.
        The pressure at the end of the compression stroke ranges from 30 to 45 kg/cm2. As the air is progressively compressed in the cylinder, its temperature increases, until when near the end of the compression stroke, it becomes sufficiently high (650-80O˚C) to instantly ignite any fuel that is injected into the cylinder. When the piston is near the top of its compression stroke, a liquid hydrocarbon fuel, such as diesel oil, is sprayed into the combustion chamber under high pressure (140-160 kg/cm2), higher than that existing in the cylinder itself. This fuel then ignites, being burnt with the oxygen of the highly compressed air.         During the fuel injection period, the piston reaches the end of its compression stroke and commences to return on its third consecutive stroke, viz., power stroke. During this stroke the hot products of combustion consisting chiefly of carbon dioxide, together with the nitrogen left from the compressed air expand, thus forcing the piston downward. This is only the working stroke of the cylinder.

Four Stroke Cycle Diesel Engine

During the power stroke the pressure falls from its maximum combustion value (47-55 kg/cm2), which is usually higher than the greater value of the compression pressure (45kg/cm2), to about 3.5-5 kg/cm2 near the end of the stroke. The exhaust valve then opens, usually a little earlier than when the piston reaches its lowest point of travel. The exhaust gases are swept out on the following upward stroke of the piston. The exhaust valve remains open throughout the whole stroke and closes at the top of the stroke.

        The reciprocating motion of the piston is converted into the rotary motion of the crankshaft by means of a connecting rod and crankshaft. The crankshaft rotates in the main bearings, which are set in the crankcase. The flywheel is fitted on the crankshaft in order to smoothen out the uneven torque that is generated in the reciprocating engine.
2.2.2 FOUR-STROKE SPARK IGNITION ENGINE
        In this, gasoline is mixed with air, broken up into a mist and partially vaporized in a Carburettor. The mixture is then sucked into the cylinder. There it is compressed by
the upward movement of the piston and is ignited by an electric spark. When the mixture is burned, the resulting heat causes the gases to expand. The expanding gases exert a pressure on the piston (power stroke). The exhaust gases escape in the next upward movement of the piston. The strokes are similar to those discussed under four-stroke diesel engines. The compression ratio varies from 4:1 to 8:1 and the air-fuel mixture from 10:1 to 20:1.
2.3 COMPARISON OF CI AND SI ENGINES
The CI engine has the following advantages over the SI engine.

Reliability of the CI engine is much higher than that of the SI engine. This is because in case of the failure of the battery, ignition or Carburettor system, the SI engine cannot operate, whereas the CI engine, with a separate fuel injector for each cylinder, has less risk of failure.The distribution of fuel to each cylinder is uniform as each of them has a separate injector, whereas in the SI engine the distribution of fuel mixture is not uniform, owing to the design of the single Carburettor and the intake manifold.Since the servicing period of the fuel injection system of the CI engine is longer, its maintenance cost is less than that of the SI engine.The expansion ratio of the CI engine is higher than that of the SI engine; therefore, the heat loss to the cylinder walls is less in the CI engine than that of the SI engine. Consequently, the cooling system of the CI engine can be of smaller dimensions.The torque characteristics of the CI engine are more uniform which results in better top gear performance.The CI engine can be switched over from part load to full load soon after starting from cold, whereas the SI engine requires warming up.The fuel (diesel) for the CI engine is cheaper than the fuel (petrol) for SI engine.The fire risk in the CI engine is minimized due to the absence of the ignition system.On part load, the specific fuel consumption of the CI engine is low.
SI Vs CI Engines

2.4 COMPARISON OF FOUR–STROKE AND TWO-STROKE CYCLE ENGINES
ASPECTSFOUR -STROKE ENGINESTWO-STROKE ENGINESCompletion of CycleThe Cycle is Completed in Four Strokes of the piston or in two revolutions of the crankshaft.The Cycle is completed in Two-strokes of the piston or in one revolution of the crankshaftFlywheelHeavier Flywheel is needed because of non-uniform turning movementLighter Flywheel is needed
because of uniform turning movementPower produced for the same size of EngineBecause of one power
stroke for two revolutions, power produced is lowBecause of one power stroke for one revolution, power produced is moreCooling and Lubrication
RequirementsLesser Cooling and
Lubrication requirements. Lesser rate if wear and tearGreater Cooling and
Lubrication requirements. Great wear and tear.Valve and Valve MechanismContains Valve and Valve
MechanismNo valve mechanism, only
portsInitial CostBecause of heavy weight
and complication of valve mechanism, higher is initial costBecause of light weight
and simplicity, cheaper is initial costVolumetric EfficiencyMore due to more time of
inductionLess due to lesser time of
inductionThermal and Part – Load
EfficienciesHigher Thermal Efficiency,
Better Part load efficiencyLower Thermal Efficiency
and lower part load efficiencyApplicationsUsed where efficiency is important; in cars, buses, trucks, tractors, industrial engines, aeroplane, power generators etc.Used in very small sizes only, lawn movers, scooters motorcycles. Used in very large sizes more than 60 cm bore, for ship propulsion because of low weight and compactness.
2.5 COMPARISON BETWEEN A PETROL ENGINE AND A DIESEL ENGINE
PETROL ENGINEDIESEL ENGINEAir – Petrol mixture is
sucked in the engine cylinder during suction stroke.Only air is sucked during
suction stroke.Spark plug I used.Employs an injector.Power is produced by spark
ignition.Power is produced by
compression ignition.Thermal efficiency up to
25%Thermal efficiency up to
40%Occupies less space.Occupies more space.More running cost.Less running cost.Light in weight.Heavy in weight.Fuel (Petrol) costlier.Fuel (Diesel) cheaper.Petrol being volatile is dangerous.Diesel is non – dangerous
as it non – volatile.Pre – Ignition possible.Pre – Ignition not
possible.Works on Otto Cycle.Works on Diesel Cycle.Less dependable.More dependable.Used in cars and motor
cycles.Used in heavy duty
vehicles like trucks, buses and heavy machinery.
2.6 ADVANTAGES AND DISADVANTAGES OF TWO-STROKE CYCLE OVER FOUR-STROKE CYCLE ENGINES
ADVANTAGES
The two-stroke cycle engine gives one working stroke for each revolution of the crankshaft. Hence theoretically the power developed for the same engine speed and cylinder volume is twice that of the four-stroke cycle engine, which gives only one working stroke for every two revolutions of the crankshaft. However, in practice, because of poor scavenging, only 50-60% extra power is developed.Due to one working stroke for each revolution of the crankshaft, the turning moment on the crankshaft is more uniform. Therefore, a two-stroke engine requires a lighter flywheel.The two-stroke engine is simpler in construction. The design of its ports is much simpler and their maintenance easier than that of the valve mechanism.The power required overcoming the frictional resistance of the suction and exhaust strokes are saved, resulting in some economy of fuel.Owing to the absence of the cam, camshaft, rockers, etc. of the valve mechanism, the mechanical efficiency is higher.The two-stroke engine gives fewer oscillations.For the same power, a two-stroke engine is more compact and requires less space than a four-stroke cycle engine. This makes it more suitable for use in small machines and motorcycles.A two-stroke engine is lighter in weight for the same power and speed especially when the crankcase compression is used.Due to its simpler design, it requires fewer spare parts.Two – stroke cycle engine can be easily reversed if it is of the valveless type.
DISADVANTAGES
The Scavenging being not very efficient in a two-stroke engine, the dilution of charge takes place which results in poor thermal efficiency.The two-stroke spark ignition engines do not have a separate lubrication system and normally, lubricating oil is mixed with the fuel. This is not as effective as the lubrication of a four-stroke engine. Therefore, the parts of the two-stroke engine are subjected to greater wear and tear.In a spark ignition two-stroke engine, some of the fuel passes directly to the exhaust. Hence, the fuel consumption per horsepower is comparatively higher.With heavy loads, a two-stroke engine gets heated up due to the excessive heat produced. At the same time, the running of the engine is riot very smooth at light loads.It consumes more lubricating oil because of the greater amount of heat generated.Since the ports remain open during the upward stroke, the actual compression starts only after both the inlet and exhaust ports have been closed. Hence, the compression ratio of this engine is lower than that of a four-stroke engine of the same dimensions. As the efficiency of an engine is directly proportional to its compression ratio, the efficiency of a two-stroke cycle engine is lower than that of a four-stroke cycle engine of the same size.
3. MATERIALS AND METHODS
Petrol is used as the fuel in the performance analysis. Petrol is a Petroleum derived liquid, primarily used as a fuel in Spark Ignited Internal Combustion Engines. It mainly consists of organic compounds, obtained by fractional distillation of petroleum, enhanced with a variety of additives.

Petrol is used in Petrol Engines. Some of its properties are
Energy Content: 34.2 MJ/LTorque for 10 L Engine: 300Nm at 4000 RPMPower: 600 HP at 5500 RPMThe heat of Vaporization: 305 KJ/KgAuto Ignition Temperature: 228 – 470˚CResearch Octane Number: 95Engine Octane Number: 85Boiling Point: 27 – 225˚CDensity: 740 Kg/m3
·SPECIFIC FUEL CONSUMPTION: The Ratio of fuel consumption per unit time ( Kg/hr ) to power produced by the Engine is Specific Fuel Consumption.
Units: Kg/ J
BRAKE POWER: The power developed by an engine at the output shaft is called the Brake Power.

Units: kW

N = speed in rpm
W = Load in Kg
C = 2000 = dynamometer constant
INDICATED POWER  The total power developed by combustion of fuel in the combustion chamber is called Indicated Power

Units: kW
VOLUMETRIC EFFICIENCY Ratio of the mass density of the Air – Fuel mixture drawn into the cylinder at atmospheric pressure (during the intake stroke) to the mass density of the same volume of air in the intake manifold.

THERMAL EFFICIENCY: It is the ratio of indicated work done to the energy supplied by the fuel.

MECHANICAL EFFICIENCY: Mechanical efficiency is the parameter that gives the effectiveness of an engine in transforming its input energy to output energy.

CRANK ANGLE: The angle of rotation of a crankshaft measured from the position in which the piston is at its highest point known as Top dead centre (TDC).

MEAN EFFECTIVE PRESSURE: Mean Effective Pressure is defined as the pressure which is thought to be acting on the piston throughout the power stroke.
If it is based on IP, it is called Indicated Mean Effective Pressure and if it is based on BP, it is called Brake Mean Effective Pressure. Similarly, Frictional Mean Effective Pressure can be defined as

Fm.e.p. = Im.e.p. – Bm.e.p.
FUEL – AIR RATIO Fuel – Air Ratio is the ratio of the mass of fuel to the mass of air in the fuel-air mixture.
P – THETA DIAGRAM

The device which measures the variations of the pressure in the cylinder over a part or full cycle is called an indicator and the plot of such information obtained is called an indicator diagram. Basically, there are two types of the indicator diagram
Pressure-Volume (PV) PlotPressure – Crank Angle (P – Theta) Plot
3.1 ENGINE SPECIFICATIONS
Make: MARUTI SWIFT –MPFI
Four Cylinder.Water Cooled.1197cc, 20 kW (approx).Cylinder Bore : 73.0mmStroke Length: 71.5 mmCompression Ratio : 9.0:1
DYNAMOMETER
Make: TECHNOMECH
Eddy Current Type.Water Cooled – Minimum 4kg/cm2 pressure requiredLoad Measurement – Strain Gauge based Load CellMax.  Capacity: 30kWMax Speed: 3000 rpmCoupled using a STANDARD UNIVERSAL JOINT coupling.
AIR TANK

Make: MECHTRIX
Cubical type.Mild Steel.Orifice Dia – 30 mm.
CALORIMETER
Make: MECHTRIX
Inner & outer covering – MS/GI.Attachment – through the flange.Powder coated.
FUEL TANK
Make: STANDARD/FABRICATED

Material: SS Finished.15 Lts Capacity.
COMPUTER
Make: ASSEMBLED.
Eddy Current Dynamometer
Four Stroke Four Cylinder Petrol Engine

3.2 MEASUREMENTS
CYLINDRICAL HEAD PRESSURE
Type – Piezoelectric.Water Cooled.Stand Alone Signal Conditioning.Range: 350bar Make – PCB.
ROTAMETER
Type – ACRYLIC.Range – 0 to 15 Lpm for Engine Cooling.Range – 0 to 10 Lpm for Calorimeter CoolingMake – CONTROL DEVICES.
ENGINE SPEED

Type – Tacho-Generator / Non-Contact Proximity.Range – 0 – 9999 RPM.Stand Alone Signal Conditioning.Make – STANDARD.
TEMPERATURE MEASUREMENT
Type – “K – Type”.Range – 0 – 600° C.Stand Alone Signal Conditioning.Make – STANDARD
TORQUE AT DYNAMOMETER
Type – Strain Gauge.Range – 0 – 50 Kgs.Stand Alone Signal Conditioning.Make – TECHNOMECH.
CRANK ANGLE DECODER
Speed – 5500rpm with TDC pulse.Stand Alone Signal Conditioning.Make – ENCODER1S INDIA.
AIR FLOW
Type – Differential Pressure Transducer.Range – 0 to 125mm of WCStand Alone Signal ConditioningMake – STANDARD.
FUEL FLOW

Type – Strain Gauge.Range – 0 – 15 Kg.Stand Alone Signal ConditioningMake – SURAKSHA SENSORS.
DATA ACQUISITION & SOFTWARE Development: MECHTRIX
Resolution – 16 bit.Operating System – Windows 7 & later.
Software type – Run Time.
The software program provides a complete platform for Trend Analysis.
HISTORIC REPORT GENERATION
Graph plotting facilities (IP, IMEP, and FP).The software is capable of processing the experimental values to obtain calculated values. The software is designed for individual equipment and can also be upgraded for a centralized application as per the customer requirement.
Crank Angle Encoder
Tacho Generator
4. RESULT ANALYSIS
4.1 OBSERVATIONS
PERFORMANCE TEST
The following are the values observed while experimenting with the performance of the 4 Stroke 4 Cylinder Petrol Engine.
Table: Performance Test
HI: Heat InputBSFC: Specific Fuel Consumption in terms of BPISFC: Specific Fuel Consumption in terms of IPMEff :
Mechanical EfficiencyBTEff : Brake Thermal EfficiencyITEff : Indicated Thermal Efficiency
VOLUMETRIC EFFICIENCY
The following are the values observed while experimenting with the volumetric efficiency of the 4 Stroke 4 Cylinder Petrol Engine.

Table: Volumetric Efficiency
 
FP: Frictional PowerBP: Brake PowerIP: Indicated
Powermf
: Mass of Fuel Consumed
HEAT BALANCE
The following are the results observed while working on the Heat Balancing of the Engine.
Table: Heat Balance
HI: Actual Heat
InpuHEG: Heat to
Exhaust GasesHBP: Hear to
Brake PowerHUN: Heat
UnaccountedHCW: Heat to
Cooling Water 
PRESSURE
– THETA DIAGRAM
Graph: P – θ Diagram
PRESSURE – VOLUME DIAGRAM
Graph: P – V Diagram
CONCLUSION AND FUTURE SCOPE
        The Computerized Test Rig Equipment used for estimation and calculation of the performance of 4 Stroke 4 Cylinder Petrol Engine is very helpful in the determination of several parameters like Crank Angle, Cylinder Internal Combustion Pressure, Fuel Flow Rate etc., very effectively than the conventional test rig equipment. The results thus obtained are far accurate and graphs thus obtained are very precise. The Data Acquisition System has an important role in the retrieval of experimental results as it can extract values precisely up to 8 decimal points. The conventional test rig is not capable of producing precise results. Using computer-controlled electronic sensors like Pressure Transducer, Crank Angle Encoder, RPM Sensor and Fuel Flow Sensor the results are inclined to 6N Accuracy and the chance for errors in measurement is almost zero.
        The computerized test rig can also be implied to alternative fuels for improving the eco-friendly emissions which are grabbing attention in the field of IC Engines nowadays. Further, the test rig can also be developed by simulating the working of the engine which can pave way for further research in increasing the efficiency of the engine both volumetrically and thermally.
      The test rig is designed and constructed for a Petrol Engine, but can also be designed to perform effectively with fuels like Diesel and alternative fuels such as Ethanol, Methanol, Propane, Hydrogen, Bio-Diesel, P – Series fuels and Hybrid Fuels.

ACKNOWLEDGEMENT
This project would not have been possible without the help and guidance of various people.

We express our deepest gratitude to Dr. CH KESAVA REDDY, Sr. Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering (Mechatronics) for his invaluable guidance at all walks of our work. His support has played a vital role in carrying out the project.We are very thankful to Dr. P VENKATA RAMANA, Professor, Department of Mechanical Engineering (Mechatronics) for his help and guidance in turning the structure of the project.We are also grateful to Prof. K SUDHAKAR REDDY, Head of the Department, Mechanical Engineering (Mechatronics) for readily accepting our request to carry out work in the Department Laboratories and enquiring the updates of the project whenever possible.We would firstly like to thank Prof. G CHANDRA MOHAN REDDY, Principal, Mahatma Gandhi Institute of Technology for inspiring us and supporting us constantly during the project work.We thank every Teaching and Non-Teaching Faculty who have stood with us in the successful completion of our project.
REFERENCES

Review Paper on Four Stroke Petrol Engine | Sagar P Mistry et.al | (IJEDR) International Journal of Engineering Development and Research | Volume 4, Issue 4 | 2016Development of Four Stroke Cylinder HSDI Diesel Engine Test Bed | Sanaur Rehman et.al | International Journal of Innovative Research in Science (IJIRS) | Volume 2 Issue 10 | October 2013Experimental Performance Analysis of Single Cylinder Two Stroke Petrol Engine Using Gasoline and LPG | Maneesh Kumar Dubey et.al | International Journal of Mechanical Engineering and Robotics Research (IJMERR) | Volume 3, Issue 4 | October 2014Performance Evaluation of Four Stroke SI Engine with and without Oxyrich Air Energizer at 1000 RPM | Nilesh T Dhokane et.al | International Journal of Current Engineering and Technology (IJCET) | Issue 4 | March 2016Performance Analysis of Two Stroke Petrol Engine in the Basis of Variation in Carburetor Main – Jet Diameter | Abhishek Chakraborty et.al | International Journal of Engineering Research and Applications (IJERA) | Volume 3, Issue 4 | Jul – Aug 2013
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