تعیین زاویه پاشش سوخت بهینه برای یک موتور اشتعال جرقه‌ای پاشش مستقیم(GDI) با شبیه‌سازی عددی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، دانشکده مهندسی مکانیک

2 کارشناس ارشد، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، دانشکده مهندسی مکانیک

چکیده

مجموعة پاشش مستقیم سوخت به اتاق احتراق به جای پاشش در راهگاه ورودی یکی از راهکارهای مؤثر برای کاهش مصرف سوخت و گازهای آلاینده خروجی موتور است. با این راهبرد در حالی که مصرف سوخت موتورکاهش چشمگیری می‌یابد قدرت موتور نیز حفظ می‌شود. هدف این پژوهش تعیین زاویه مناسب افشانه سوخت برای یک موتور پاشش مستقیم سوخت در حالت بار چینه‌ای است. به همین منظور ابتدا موتورEF7 (موتورملی) به صورت پاشش در راهگاه ورودی به صورت عددی در نرم افزار کیوا شبیه‌سازی شد. پس از مقایسة نتایج این شبیه‌سازی با نتایج تجربی وصحه‌گذاری داده‌های شبیه‌سازی، راهبرد پاشش مستقیم جایگزین سیستم پاشش در راهگاه ورودی شد. سپس زاویه مناسب پاشش سوخت برای کارکرد موتور در حالت پاشش مستقیم و  بار چینه‌ای تعیین گردید. نتایج شبیه‌سازی نشان دادکه پاشش مستقیم سوخت در داخل سیلندر باعث توسعه و ایجاد بردارهای سرعت جریان با اندازه بزرگتر در تمام اتاق احتراق می‌شود. این امر باعث اختلاط، تبخیر و احتراق بهتر خواهد شد. زاویه پاشش 90 درجه بهترین زاویه پاشش سوخت در شرایط کاری تعیین شدة‌ موتور EF7است. در این حالت سوخت و هوا بهتر مخلوط می‌شود. فشار داخل سیلندر و کار حاصل چرخه در این زاویه پاشش در مقایسه با زوایای دیگر افزایش یافت. همچنین مقدار تولید هیدروکربن نسوخته، مونوکسیدکربن و اکسیدنیتروژن، کمتر از زاویه‌های پاشش دیگر است.

کلیدواژه‌ها


[1] Siano, d., "Fuel injection", Book, Published by Sciyo, Janeza Trdine 9, 51000 Rijeka, Croatia, 2010. [2] Jazayeri, S. A., Zia Basharhagh M., Bavandpor M., and Keshavarz M., "Analysis of air fuel mixture formation in gasoline direct injection SI engines", The Journal of Engine Research, vol. 13, pp. 45-52, 2008. [3] Alex, C., Alkidas, S., Tahry, E., "Contributors to the fuel economy advantage of DISI engines over PFI engines", SAE technical pp. 2003-01-3101, 2003. [4] Montazeri-Gh M., Naderpour A. "Simulation of fuel consumption and exhaust emissions in dual fuel samand vehicle and verification with NEDC modal test results", The Journal of Engine Research, vol. 15, pp. 11-16, 2009. [5] Sanaye S., Mokhtarifard A., "Simulation of performance cycle and forcasting of performance parameters in spark ignition engines", The Journal of Engine Research, vol. 13, pp. 53-65, 2008. [6] Sun, J., Kolmanovsky, L., Brehob, D., Cook, J., Buckland, J., and Haghgooie, M., "Modeling and control of gasoline direct injection stratified charge (DISC) engines", IEEE 0-7803-5446-X/99, 1999. [7] Etheridge, J., Mosbach, S., Kraft, M., Wu, H., Collings, N., "Modelling soot formation in a DISI engine", Proceedings of the Combustion Institute 33 pp. 3159–3167, 2011. [8] Nishida, K., Tian, J., Sumoto, Y., Long, W., Sato, K and Yamakawa, M., "An experimental and numerical study on sprays injected from two-hole nozzles for DISI engines", Contents Lists Available at ScienceDirect, Fuel 88, pp. 1634–1642. [9] Ding, N., Weimin, G., Ming, C. and Xiao-mao, Z., "Spray Characteristics of New Generation Multi-hole Injector for Spark-ignition Gasoline Engines with Direct Fuel Injection", IEEE 978-0-7695-4080-1/10, 2010. [10] Xiaolong, Y., Jia, Y. and Kaiyao, H., "The effect of injector position on the performance of a homogeneous direct injection gasoline engine", IEEE 978-1-4244-8039-5/11, 2011. [11] Poorghasemi, k., Ommi, F., Esfahanian, V., Tanabi, H., "Investigation of the soot and NO emission reduction mechanism in DI diesel engines by means of split injection strategy", The Journal of Fuel and Combustion, vol 2, 2011. [12] Ghafouri, J., Doustdar, M. M., Pirouzpanah, V., "Numerical simulation of a DI diesel engine in full and in partial loads", Aerospace Mechanics Journal, vol. 4, no. 2, pp. 57-70, 2011. [13] Nasiry toosi, a., Sadeghy, h., "Analysis of the effect of air to fuel ratio and EGR in gas engine Performance and Emissions", 13th Annual International Conference on Mechanical Engineering,Isfahan University, 2005. [14] Mirmohamadi, A., "Natural Gas Direct Injection Stratified Charge with Sparke Ignition Engines Modeling" , ph.d thesis, Tarbiat Modares Univercity, September 2011. [15] Ommi, F., Farajpor, M., Mirmohamadi, A., "Numerical study of injection timing and angle effect on rate of fuel evaporation and emissions of multi point injection gasoline engine", Aerospace Mechanics Journal, vol. 5, no. 1, pp. 51-62, ,2009. [16] Bohac, S. and Assanis, D., "Effect of exhaust valve timing on gasoline engine performance and hydrocarbon emissions", SAE Technical pp. 2004-01-3058, 2004. [17] Rotondi, R., "Modeling mixture formation in a gasoline direct injection engine, Journal of Applied Mechanics", vol. 73, 2006. [18] Amsden, A. A., OÕRourke, P. J., Butler, T. D., "KIVA-II: A computer program for chemically reactive flows with sprays", Los Alamos National Laboratory, 1989. [19] Amsden, A. A., "A KIVA program with Block-Structured mesh for complex geometries", Los Alamos National Naboratory. [20] Amsden, A. A., "Block-Structured KIVA program for engines with vertical or canted valves", Los Alamos National Laboratory, 1997. [21] Ashgriz, N., "Handbook of atomization and sprays: theory and applications", springer, 2011. [22] Sementa P., Vaglieco B., Catapano F., "Thermodynamic and optical characterizations of a high performance GDI engine operating in homogeneous and stratified charge mixture conditions fueled with gasoline and bio-ethanol", Fuel 96 204–219, 2012.