Partially premixed charge compression ignition engine optimization
Kısmı ön karışım dolgulu sıkıştırma ateşlemeli motor optimizasyonu
- Tez No: 855967
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ SALİH ÖZEN ÜNVERDİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 185
Özet
Bu tezin ana konusu, AHDE (ağır hizmet veren doğrudan enjeksiyonlu) dizel motorlarda ÖKSA (Ön Karışımlı Sıkıştırarak Ateşlemeli) yanma olayını deneyler ve HRAD (Hesaplamalı Reaktif Akışkanlar Dinamiği) simülasyonları ile araştırmaktır. Kısmi yükte motor performansı ve yakıt verimliliği üzerinde olumsuz bir etkiye neden olmadan motor çıkışında zararlı emisyonları azaltmak için geleneksel dizel motorlara ÖKSA yanma modunu entegre etmek amacıyla, yanma odasına püskürtülen dizel yakıtın nüfuziyeti, karışım oluşumu ve yanma özelliklerini analiz ederek bu modun anlaşılmasını geliştirmek amaçlanmıştır. Ford Otosan'ın seri olarak ürettiği bir AHDE dizel motorun düşük yüklerde dizel ve ÖKSA yanma modlarında çalışması esnasında NOx (azot oksit) ve kurum emisyonlarını azaltmak amacıyla, tek silindirli bir araştırma motorunun performans ve emisyon özelliklerine püskürtme zamanlaması, çoklu püskürtme stratejisi ve EGGB'nin (Egzoz Gazı Geri Besleme) etkileri deneysel ve hesaplamalı çalışmalarla araştırılmıştır. Deneysel çalışmanın temel bulgusu, kısmi yükte motor çalışmasında yüksek EGGB oranına sahip çift püskürtme stratejisinin püskürtülen yakıtın silindir duvarlarına çarpma problemini önemli ölçüde azaltabileceği ve yakıt buharı-hava karışımı homojenliğini artırarak gecikmeli düşük sıcaklıkta yanmaya olanak verebileceği, sonuçta motor çıkışında NOx ve kurum emisyonlarını ve hatta motorun BÖYT'ni (belirtilen özgül yakıt tüketimi) azaltabileceğidir. Yanma odasına püskürtülen yakıtın dinamiği, oluşturulan karışımın kendiliğinden tutuşması, alevlerin yayılması ve emisyon oluşumu reaktif HRAD simülasyonları ile incelenmiştir. Önce hesaplamalı model motor ölçümleriyle doğrulanmıştır. BÖYT'nden ödün vermeden motor çıkışında düşük NOx ve kurum emisyonları elde etmek için, enjeksiyon zamanlaması ve püskürtme içerme açısının, kademeli dudaklı piston çanaklı tek silindirli bir araştırma motorunda püskürtülen yakıtın yanma odasına nüfuzu ve silindir duvarları ile etkileşimleri, silindir içi karışım oluşumu, otomatik ateşleme ve ÖKSA yanması üzerindeki ayrıntılı etkileri, HRAD simülasyonları ile belirlenmiştir Ardından, baz ve erken emme valfi açma olaylarında, EGGB'li bölünmüş yakıt püskürtme stratejisinin karışım homojenliğini ve yanma fazını iyileştirme üzerindeki etkinliği değerlendirilmiştir. Motor yüküne göre değişen püskürtme başlangıcı zamanlaması ve püskürtme içerme açısının optimum kombinasyonu ile silindir içi karışım oluşumunu iyileştirerek ve püskürtülen yakıtın duvar çarpmasını önemli ölçüde önleyerek düşük NOx ve kurum emisyonlarının elde edilebileceği sonucuna varılmıştır. Ayrıca, ağır EGGB'li ortama yakıtın bölünerek püskürtülmesinin ardından gerçekleşen silindir ekseni etrafında girdap destekli yanma, yakıtın silindir duvarlarını ıslatmasını ve motor çıkışında NOx ve kurum emisyonlarını önemli ölçüde azaltabilir. Öte yandan, EEVK (Erken Emme Valfi Kapama), teorik olarak etkili bir şekilde gecikmiş yanma nedeniyle belirtilen verimliliği artırırken, pratikte yakıt atomizasyonu ve silindir içinde karışım oluşumunda sorunlara, eksik yanmaya, kurum ve CO emisyonlarının artmasına ve belirtilen verimliliğin azalmasına neden olabilir. Son olarak, kısmi yükte çalışan bir DI dizel motorda silindir ekseni etrafında yeterli girdap hareketi altında uygun bir püskürme açısıyla çok erken bir bölünmüş püskürtme ve ağır bir EGGB oranı stratejisi yakıtın silindir duvarlarına çarpmasını önleyerek motor performansından ödün vermeden NOx ve kurum emisyonlarını azaltabilir.
Özet (Çeviri)
The main subject of this thesis is to investigate the PCCI (Premixed Charge Compression Ignition) combustion phenomenon in HDDI (Heavy Duty Direct Injection) diesel engines by experiments and CRFD (Computational Reactive Fluid Dynamics) simulations. It is aimed to improve the understanding of PCCI combustion mode by analyzing the spray penetration, mixture formation and combustion characteristics of the diesel fuel injected into the combustion chamber, to integrate this combustion mode into the conventional diesel engines to reduce engine-out harmful emissions without causing a negative impact on engine performance and fuel efficiency at part load. To reduce NOx (nitrogen oxide) and soot emissions during the operation of an HDDI diesel engine mass-produced by Ford Otosan in diesel and PCCI combustion modes at low loads, the effects of injection timing, multiple injection strategies and EGR (Exhaust Gas Recirculation) on the performance and emission characteristics of a single-cylinder research engine have been investigated through experimental and computational studies. The main finding of the experimental study is that in part-load engine operation, a double injection strategy with a heavy EGR rate may significantly reduce the spray wall impingement problem and enable delayed low-temperature combustion by improving the fuel vapor-air mixture homogeneity, which in turn reduces engine-out NOx and soot emissions and even ISFC (Indicated Specific Fuel Consumption). The fuel spray dynamics in the combustion chamber, auto-ignition of the resulting mixture, flame propagation and emissions formation were studied by reactive CRFD simulations. First, the computational model is validated by the engine measurements. To achieve low engine-out NOx and soot emissions without compromising ISFC, the detailed effects of injection timing and spray inclusion angle on fuel spray penetration into the combustion chamber, in-cylinder mixture formation, spray-cylinder wall interactions, auto-ignition and PCCI combustion in a single-cylinder research engine with a stepped-lip piston bowl have been determined by CFRD simulations. Then, in the base and early intake valve opening events, the effectiveness of a split injection strategy with EGR in improving the mixture homogeneity and combustion phasing was evaluated. It is concluded that low NOx and soot emissions can be obtained by an optimum combination of the start of injection timing and spray inclusion angle according to engine load by improving in-cylinder mixture formation and preventing spray wall impingement significantly. Furthermore, swirl-assisted combustion following split injection with heavy EGR can considerably reduce fuel spray wetting of cylinder walls and engine-out NOx and soot emissions. On the other hand, while EIVC (Early Intake Valve Closing) theoretically improves the indicated efficiency due to effectively delayed combustion, in practice, it may lead to poor fuel atomization and in-cylinder mixture formation, incomplete combustion, elevated soot and CO (carbon monoxide) emissions, and reduced indicated efficiency. Finally, a very advanced split injection having a suitable spray inclusion angle and a heavy EGR rate strategy under sufficient swirl may reduce engine-out NOx and soot emissions without compromising engine performance by eliminating adverse effects of spray impingement on cylinder walls in part load operation of a DI diesel engine.
Benzer Tezler
- Experimental combustion analysis of diesel engine
Dizel içten yanmalı motorlarda yanmanın deneysel incelenmesi
TOLGAHAN KAYA
Doktora
İngilizce
2019
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ OSMAN AKIN KUTLAR
DR. ÖZGÜR OĞUZ TAŞKIRAN
- Benzin motorlarında indirgenmiş kinetik model uygulaması
Reduced chemical kinetic model application to spark ignition engines
CÜNEYT UYKUR
- Effect of CDC concept on the design parameters of a heavy duty PPCI engine by use of multidimensional modeling
Bir ağır iş PPCI motorunun tasarım parametrelerine CDC kavramının etkisinin çok boyutlu modelleme kullanılarak incelenmesi
MUSTAFA YILMAZ
Doktora
İngilizce
2009
Makine MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. M. ZAFER GÜL
- Comparative study of combustion modes in internal combustion engines using CFD simulations
İçten yanmalı motorlarda farklı yanma modlarının SAD yaklaşımı kullanarak karşılaştırılması
MOBIN MAJIDI DOLAT ABADI
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEM SORUŞBAY
- Investigation of the effects of alternative fuel use on performance and emissions in a compression ignition (CI) diesel engine
Sıkıştırmalı ateşlemeli bir dizel motorda alternatif yakıt kullanımının performans ve emisyon değerleri üzerindeki etkilerinin araştırılması
FERHAT EKİN
Doktora
İngilizce
2024
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OSMAN AZMİ ÖZSOYSAL
DR. ÖĞR. ÜYESİ HİKMET ARSLAN
