İçten yanmalı motorlarda farklı yanma odaları ve püskürtme modellerinde püskürtme dinamiği ve yanmanın incelenmesi

Abstract

Son yıllarda motor performansı ve artan emisyon ürünlerinin farkındalığı soncunda her geçen gün geliştirilen düşük emisyon standartları araştırmacıları düşük emisyon stratejileri geliştirmek için zorlamaktadır. Yakıt enjeksiyonu boyunca hava hareketleri, hava yakıt karışımı, püskürtme dinamiği, yanma ve emisyon oluşumu özellikle silindir içerisinde üst ölü nokta (ÜÖN) bölgesinde önem kazanmaktadır. Hava hareketlerinin yanında motor devri, yanma odası şekli, püskürtme dinamiği ve alternatif yakıt kullanımı da dizel motorlarda yanma üzerine önemli etki etmektedir. Araştırmacılar silindir içersin de gerçekleşen bu süreçleri deneysel ve sayısal olarak inceleyerek teknolojiye katkı sağlamaktadır. Bu çalışmada, motor performansı ve emisyon oluşumları, püskürtme stratejileri, motor devri, farklı yanma odası geometrileri ve alternatif yakıtlar kullanılarak, çok püskürtmeli (multijet) direk enjeksiyonlu bir dizel motorda hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD)yöntemleri ve deneysel yöntemler kullanılarak araştırılmıştır. Sayısal çalışma AVL-FIRE yazılımının ESE-Diesel kısmında gerçekleştirilmiştir. Çalışmada püskürtme modeli olarak WAWE model, türbülans modeli olarak k-zeta-f model ve yanma modeli olarak EFCM-3Z model kullanılmıştır. Bu şekilde gerçek çalışma şartlarına yakın bir sayısal çalışma yapılmıştır. Deneysel çalışmalar, dört silindirli ve dört zamanlı çok püskürtmeli bir dizel motorda gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmada silindir basıncı, silindir tepesine bağlanan bir basınç sensörüyle ölçülürken aynı zamanda krank miline bağlanan bir enkoderle krank açısı elde edilmiştir. Deneysel çalışmanın amacı motora ait iç veriler elde etmektir. Bu kapsamda silindir içi basınç, sıcaklık, ısı salınımı, püskürtme dağılımı, alev gelişimi, kirletici emisyonlar ve motor momenti elde edilmiştir.

In recent years, both engine performance and increased pollution awareness and the consequent introduction of stringent emission norms throughout world are forcing researchers to continue to investigate for strategies for reducing emissions. During fuel injection in diesel engines, the air motion plays a very important role in fuel-air mixing, spray dynamics and emission formation, especially around the compression TDC. Along with air motion, engine speed, combustion chamber shape, spray characteristics and alternative fuels also have a significant effect on diesel engine combustion. Several researchers have studied the in-cylinder processes, experimentally and computationally, to understand combustion in diesel engines.In the current study, it was of investigate to determine the emission reduction capability and engine performance of the combined effect of advanced injection strategies, engine speed, different combustion chamber geometry and alternative fuels in a multiple fuel injection diesel engine through Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation and experimental methods. The numerical study was created using AVL-FIRE ESE Diesel Tool. Exhaust and intake ports are not included in the computational study by concentrating this study on in-cylinder flow and combustion processes. Numerical study has been used WAWE model for spray break-up, K-F model for solved of turbulence characteristics and ECFM-3Z (Extended Coherent Flame Model-3 Zone) combustion model for combustion. The experiments were performed on a four cylinder and four stroke multiple fuel injection diesel engine. The cylinder pressure was measured at a pressure transducer which was mounted on the cylinder head. And the same time was measured crank angle through a crank shaft encoder. This experiment aims at the internal characteristics of this engine, during which the combustion pressure, temperature, heat release rate, spray propagation, flame development, pollutant emissions and engine torque are studied.