Correlation and optimisation of thermodynamic model parameters with experimental data to predict emissions from a diesel engine

Abstract

Günümüzde motor geliştirmenin önündeki en büyük kısıtlamalardan birisi giderek daralan emisyon sınırı standartlarıdır. Bilgisayar destekli mühendisliğin de önemi günümüzde gittikçe artmaktadır çünkü bilgisayarların artan kapasitesi hızlı ve detaylı analize olanak sağlamaktadır ve bilgisayar bazlı analiz yapmak teste oranla çok daha ucuz ve kolay olmaktadır. Bu sebeple bilgisayarda yapılan modelleri ve analizleri kullanarak emisyon öngörüsü yapmak oldukça kritik ve zorlayıcı bir prosedürdür. Dizel motorlarda özellikle azot oksit (NOx) ve partikül emisyonları büyük önem taşımaktadır. 3 boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) veya öngörü yapabilen sıfır boyutlu yanma modelleri bu gibi emisyon öngörüsünü sağlamak için kullanılabilir. Sıfır boyutlu yanma modelleri 3 boyutlu HAD yöntemine göre çok daha az sürede sonuçları verebildiğinden birçok motor operasyonu noktasında öngörü yapabilmek için daha kullanışlıdır. Bu çalışmada bu tarz bir modelin sınırlı sayıda test ölçümü kullanarak korrelasyonu yapıldı ve emisyon sonuçlarının çok daha fazla noktada test ile nasıl uyuştuğu karşılaştırıldı. Böylece modelin performansı hakkında sonuçlar elde edildi. Ayrıca modelin farklı enjeksiyon zamanlaması ve farklı içeri giren egzoz gazı oranlarında ne kadar doğru öngörü yapabildiği test edildi. Azot oksit modelinin gerçeğe oldukça yakın sonuçlar verdiği fakat partikül modelinde bazı değişikliklere ihtiyaç olduğu tespit edildi. Her iki emisyon modeli de belli seviyede yönsel olarak bilgi almak açısından kullanılabilir.

The biggest challenge in engine development is emission regulation today, which gets more stringent with time. Computer aided engineering (CAE) has also increasing importance together with increasing potential of processors for easy and quick calculations and also it is less expensive compared to conducting tests. Therefore it is highly important and challenging to predict emissions by using computer models and simulations precisely. For diesel engines, NOx and particle (soot) emissions have the highest importance. 3D CFD of combustion systems and phenomenological combustion models can provide such information. Phenomenological combustion models have the advantage of much lower runtimes compared to 3D CFD and can be used for wide variety of engine operating points for prediction. Such a phenomenological diesel combustion model is used and correlated with limited amount of test data for the prediction of emissions and is compared to a larger set of emission test data to see its performance. Assessments are made how well the emissions can be predicted by using such a model. The sensitivity of the model against different start of injection and exhaust gas recirculation values is tested. NOx model show good accuracy whereas soot model needs some modification. Both emission models can provide some insight in terms of direction (increase-decrease).