مدل‌سازي عددي عملكرد و آلايندگي موتور با رويكرد پاشش مستقيم سوخت بنزين/ گاز طبيعي

Numerical modeling of engine performance and emission with direct injection of gasoline/natural gas fuel

خواص منحصر به فرد گاز طبيعي، مانند دسترسي بهتر و هزينه پايين‌تر در مقايسه با ساير سوخت هاي فسيلي، آن را براي استفاده در موتور احتراق داخلي مناسب مي‌كند. گاز طبيعي عمدتاً از متان تشكيل شده است و به دليل عدد اكتان بالا متان مقاومت در برابر كوبش بالاتري نسبت به بنزين دارد و در نتيجه براي استفاده در حالت تمام بار و نسبت تراكم بالا مناسب‌تر است. در مطالعه حاضر به بررسي دقيق عملكرد پاشش مستقيم گاز طبيعي همراه با پاشش درگاهي بنزين در موتور اشتعال جرقه‌اي پرداخته شده است. در تمام موارد شبيه سازي شده، نسبت هم ارزي (∅=1) و همچنين كل انرژي ورودي براي تمام تركيبات سوخت ثابت نگه داشته مي‌شود. پاشش مستقيم گاز طبيعي از كاهش راندمان حجمي در مقايسه با پاشش درگاهي گاز طبيعي جلوگيري مي‌كند و همين امر موجب افزايش چگالي توان خروجي مي‌شود. عملكرد موتور براي درصدهاي مختلف گاز طبيعي در شرايط تمام بار مورد ارزيابي قرار گرفته است. نتايج نشان مي‌دهد كه مونوكسيدكربن و دي‌اكسيدكربن براي حالت %100 گاز طبيعي به ترتيب 28% و 24.1% نسبت به پاشش درگاهي بنزين خالص كاهش يافته است. با افزايش درصد گاز طبيعي در تركيب سوخت مدت زمان احتراق به دليل دماي خوداشتعالي بالاتر و سرعت شعله پايين‌تر گاز طبيعي، افزايش يافته است. از طرفي مدت زمان شروع احتراق به دليل سرعت پاسخ بالاتر گاز طبيعي به جرقه و وجود مخلوط غني سوخت NG اطراف شمع براي حالات 25%، 50%، 75% و 100% CNG نسبت به حالت بنزين خالص به ميزان 26%، 40%، 60% و 51% كاهش يافته است.

The unique properties of natural gas, such as better availability and lower cost compared to other fossil fuels, make it suitable for use in internal combustion engines. Natural gas is mainly composed of methane and due to its high octane number, NG has a higher knock resistance than gasoline and is therefore more suitable for use in full load and high compression ratio. In the present study, the performance of direct natural gas injection along with gasoline port injection in SI engine has been investigated in detail. In all simulated cases, the equivalence ratio (∅ = 1) as well as the total input energy for all fuel combinations is kept constant. Direct injection of natural gas prevents a reduction in volumetric efficiency compared to port injection of natural gas, which increases the density of the output power. Engine performance has been evaluated for different percentages of natural gas under full load conditions. The results show that carbon monoxide and carbon dioxide for 100% natural gas have been reduced by 28% and 24.1%, respectively, compared to pure gasoline port injection. As the percentage of natural gas in the fuel composition increases, the combustion time has increased due to the higher self-ignition temperature and the lower flame speed of the natural gas. On the other hand, the combustion start time due to the higher response rate of natural gas to the spark and the presence of a rich mixture of NG fuel around the spark plug for 25%, 50%, 75% and 100% CNG Decreased by 26%, 40%, 60% and 51% respectively, compared to pure gasoline.