استفاده از اتانول به عنوان سوخت جایگزین و تجدیدپذیر در موتور های احتراق تراکمی با مخلوط همگن (HCCI) در توسعه موتورهای احتراق داخلی نقش بسزایی داشته و باعث کاهش اکسیدهای نیتروژن و ذرات معلق گردیده است. موتور HCCI در دو محدوده عملکردی با احتراق ناقص و احتراق با صدای شدید کار می کند، که تاخیر و جلو افتادن احتراق تاثیر فراوانی در کارکرد این موتورها، عملکرد و آلودگی آنها خواهد داشت. در این مقاله، یک موتور 0.3 لیتر دیزل تک سیلندر با پاشش مستقیم به موتور HCCI با پاشش غیرمستقیم تغییر یافته است. در این تحقیق تاثیر احتراق اتانول بر روی عملکرد و آلودگی موتور HCCI بوسیله تغییرات دمای هوای ورودی و نسبت سوخت به هوا در مناطق عملکردی نزدیک به احتراق ناقص و احتراق با صدای شدید صورت گرفته است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که تاخیر افتادن زیاد زمان احتراق، احتراق HCCI را ناپایدار کرده که باعث کاهش دمای احتراق از حد طبیعی شده و همچنین باعث خواهد شد که فشار متوسط موثر اندیکاتوری کاهش یافته و مقدار هیدروکربن های نسوخته و اکسیدهای کربن افزایش می یابد. جلو افتادن زیاد زمان احتراق بیشینه فشار داخل سیلندر را افزایش داده و در نتیجه مدت احتراق کاهش یافته و بیشینه اندازه افزایش فشار زیاد در داخل سیلندر تولید خواهد شد. مقدار هیدروکربن های نسوخته و اکسیدهای کربن در این وضعیت نسبت به حالت قبل کاهش پیدا کرده و فشار متوسط موثر اندیکاتوری نسبت به حالت کارکرد نرمال کاهش پیدا خواهد کرد.متن کامل این مقاله به زبان انگلیسی می باشد، لطفا برای مشاهده متن کامل مقاله به بخش انگلیسی مراجعه فرمایید.لطفا برای مشاهده متن کامل این مقاله اینجا را کلیک کنید.

در این مقاله در 16 حالت عملکردی اثر نسبت هم ارزی بر ویژگی های احتراقی بررسی شده است. سوخت استفاده شده در این تحقیق بنزین بود و اشتعال در دو مرحله صورت گرفت. مرحله اول اشتعال وابسته به آزادسازی انرژی واکنش های دما سرد و مرحله دوم وابسته به آزادسازی انرژی واکنش های دما داغ بوده است. شبیه سازی سه بعدی دینامیک سیالات محاسباتی با در نظرگرفتن جزییات شیمیایی به عنوان روش عددی انتخاب شده است. در تمام آزمایش های انجام شده، شبیه سازی سه بعدی دینامیک سیالات محاسباتی احتراق را به خوبی و به طور کامل نشان داده است. همچنین با افزایش نسبت هم ارزی، الگوی سه بعدی جلو افتادن زمان وقوع بیشینه فشار و بیشینه آزادسازی انرژی را نشان داده است اما به اشتباه شروع آزادسازی انرژی واکنش دما سرد را با تاخیر تخمین زده در حالی که شروع آزادسازی انرژی واکنش دما داغ را به درستی پیش بینی کرده است. متن کامل این مقاله به زبان انگلیسی می باشد. لطفا برای مشاهده متن کامل مقاله به بخش انگلیسی مراجعه فرمایید.لطفا برای مشاهده متن کامل این مقاله اینجا را کلیک کنید.

موتورهای احتراق تراکمی با مخلوط همگن، نسل جدیدی از موتورهای احتراق داخلی هستند که با استفاده از ساز و کار خود اشتعالی به عنوان اساس احتراق، قدرت تولید می کنند و از نظر بهره حرارتی و آلاینده ها، شرایط بهتری نسبت به موتورهای متعارف دارند. در این مطالعه، شبیه سازی فرآیند احتراق موتور HCCI با سوخت گاز طبیعی با استفاده از الگوی سینتیک مفصل شیمیایی مورد توجه قرارگرفته است. نتایج شبیه سازی فرآیند خود اشتعالی نشان می دهد که با استفاده از تعاریف خاص موتورهای HCCI قابل توصیف است. همچنین، اثر متغیرهای پایشگر مرحله احتراقHCCI ، بر زمان شروع احتراق و فشار درون استوانه بررسی می شود و با استفاده از این شبیه سازی می توان احتراق پایدار پایش شده را در محدوده وسیعی از شرایط عملکردی این موتور ها پیش بینی کرد. مقایسه نمودارهای محاسباتیP-q  (فشار-زاویه لنگ) از الگوی پیشنهادی با نمودارهای مرجع در دماهای ورودی مختلف، نشان دهنده دقت بسیار خوب الگو در پیش بینی زمان آغاز اشتعال است.

احتراق اشتعال تراکمی مخلوط همگن راهبرد احتراقی مفیدی از نظر بازدهی و میزان آلاینده ها برای موتورهای درون سوز است. لیکن بازه کارکردی محدود این راهبرد احتراقی سبب شده است که استفاده کاربردی از آن در موتورها تاکنون موفق نباشد. یکی از روش های کاربردی نمودن آن در موتورها این است که با دیگر انواع احتراق مشابه، همچون احتراق دیزلی و احتراق پیش آمیخته جزئی، ترکیب گردد و هر راهبرد در بازه کارکردی بهینه خود ایفای نقش نماید. در این مطالعه با بررسی مشخصات عملکردی و آلایندگی حاصل از نتایج آزمون بر روی یک موتور، شرایط گذر از رژیم احتراق پیش آمیخته جزئی به احتراق اشتعال تراکمی مخلوط همگن بازتعریف می گردد. اساس این شناسایی بر این اصل استوار است که در شرایط اشتعال تراکمی مخلوط همگن با پاشش مستقیم سوخت به درون محفظه احتراق، چینه بندی حاصل از زمانبندی سوخت پاشی، پارامتری با اثرگذاری چشمگیر نیست. نتایج نشان می دهند که در شرایطی که پاشش سوخت بسیار زود اتفاق می افتد (تکمیل کل فرآیند سوخت پاشی پیش از 60 درجه زاویه لنگ قبل از نقطه مرگ بالا) رژیم احتراقی حاصله اشتعال تراکمی مخلوط همگن است.

راندمان بالای گرمایی همراه با تولید پایین اکسیدهای نیتروژن، موتور اشتعال تراکمی مخلوط همگن را در زمره ایده های اصلی موتورهای آینده قرار داده است. کنترل زمان خود اشتعالی در موتور اشتعال تراکمی مخلوط همگن مشکل اصلی تجاری شدن آن است. بر این اساس، الگوی هو و کک، الگوی شل و الگوی انتگرال کوبش برای پیش بینی شروع خود اشتعالی برای استفاده در سیستم کنترل موتور پیشنهاد و با هم مقایسه شدند. در الگوی انتگرال کوبش دو رابطه جدید برای پیش بینی شروع مرحله اول و دوم احتراق پیشنهاد شد. مقایسه اختلاف میانگین مقادیر به دست آمده از الگوهای نظری با مقادیر آزمایشگاهی و زمان محاسبه آنها نشان می دهد که الگوی انتگرال کوبش بهترین تطبیق و کم ترین زمان محاسبه را در پیش بینی شروع مرحله اول و دوم احتراق دارد.

در این تحقیق فرآیند احتراق سوخت بیودیزل و مخلوط های آن با گازوئیل با استفاده از یک مدل ترمودینامیکی، در یک موتور دیزل پاشش مستقیم در محیط نرم افزاری Visual C، شبیه سازی گردید. برای اعتبار سنجی مدل، مخلوط های مختلف بیودیزل و گازوئیل (B00، B20، B40، B60،B80  و B100) در دور کاری موتور 1400rpm و در بار کامل (Full Load) به صورت تجربی بر روی موتور 244-MT4 مورد آزمون قرار گرفت. نرخ آزادسازی حرارت توسط تابع وایب دوتایی و نرخ انتقال حرارت با مدل تجربی وشنی (Woschni) پیش بینی گردید. گرماهای ویژه ترکیبهای موجود در سوخت بیودیزل (اتیل استئارات، اتیل پالمیتات، اتیل اولئات و اتیل لینولئات) از طریق محاسبات شیمی کوانتومی و با استفاده از نرم افزارGaussian 98  و  Gaussian 03در محدوده دمایی محفظه احتراق موتور تخمین زده شد. نتایج نظری و تجربی نرخ آزادسازی حرارت و همچنین فشار داخل سیلندر با یکدیگر مقایسه و توافق خوبی بین آنها مشاهده گردید.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (pdf) مراجعه فرمایید.

ناحیه عملکردی در موتورهای اشتعال تراکمی مخلوط همگن (HCCI) با دو مرز مجزا از وقوع کوبش در بارهای بالا و خاموشی شعله یا احتراق ناقص در بارهای پایین محدود می شوند. مهمتر از همه، هیچ روش مستقیمی برای پایش زمان احتراق در موتور HCCI وجود ندارد. در این تحقیق، مطالعه تجربی به منظور بررسی تأثیر چینه بندی دمایی و چینه بندی ترکیب و توزیع سوخت برای گسترش بازه ی عملکردی در یک موتور HCCI با گاز طبیعی انجام شده است. بنابراین، از یک موتور تک استوانه ای با سوخت گاز طبیعی برای بررسی عوامل موثر بر شرایط عملکردی شامل ترکیب نسبت گازهای بازگردانی شده به نسبت هوا به سوخت، گاز تبدیل و شمع نقطه ملتهب استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که افزایش نسبت گازهای بازگردانی شده با توجه به رقیق نمودن مخلوط، بازه ی عملکردی را به سمت نواحی غنی گسترش می دهد. بنابراین امکان دستیابی به توان های بیشتر فراهم می شود. استفاده از گاز تبدیل بازه ی عملکردی را به سمت مخلوط رقیق گسترش می دهد و امکان دستیابی به نقاط قابل قبول در این نواحی را بیشتر می کند. شمع نقطه ی ملتهب با توجه به بر هم زدن شرایط همگن دمایی در داخل محفظه، در عین حالی که موجب پیش افتادن احتراق می شود، طول مدّت احتراق را می افزاید.

در کار حاضر از یک مدل دینامیک سیالات محاسباتی به منظور تجزیه و تحلیل عملکرد موتور اشتعال تراکمی سوخت همگن (HCCI) استفاده شده است. در راستای اعتباربخشی این مدل، از نتایج تجربی حاصل از موتور نمونه ی Dutez با سوخت متان و تزریق سوخت ثانویه ی دیزل به داخل سیلندر در 270oCAD استفاده شده است. بررسی ها نشان می دهد که تطبیق قابل قبولی بین مدل و نتایج تجربی وجود دارد. نتایج تحقیقات حاکی از آن است که با افزایش میزان گازهای برگشتی به داخل سیلندر، فشار و متوسط دمای داخل سیلندر کاهش می یابد. با افزایش EGR نیز میزان تولید NOX کاهش می یابد. همچنین با افزایش درصد EGR میزان دوده ی تولیدشده افزایش می یابد که این عملکرد ناشی از تولید احتراق ناقص است. افزایش EGR موجب کاهش میزان تولید CO2 شده و در همین راستا با افزایش درصد EGR میزان CO افزایش می یابد. در ادامه تغییرات دما، NOX تولیدی، و اکسیژن شرکت کننده در واکنش های داخل سیلندر نیز مورد بررسی قرار می گیرد.