واكنشگري سوخت، راهكار تنظيم موتور اشتعال تراكمي بار همگن با ‌پاشش مستقيم

Fuel reactivity as a means to control DI-HCCI combustion engine

احتراق اشتعال تراكمي بار همگن، يك مفهوم احتراقي مفيد، از نظر بازدهي و ميزان آلاينده‌هاي منتشره، براي موتورهاي درون‌سوز است. اين راهبرد احتراقي، يكي از مهمترين انواع احتراق كم‌دماسوز است. اين شيوه، احتراق همزمان حجمي مخلوط پيش-آميخته بسيار رقيق سوخت و هوا است. ليكن بازه كاركردي محدود اين نوع احتراق سبب شده است كه استفاده كاربردي از آن در موتورها تاكنون موفق نبوده باشد. يكي از روش‌هاي كاربردي نمودن اين نوع احتراق در موتورها اين است كه با ديگر انواع احتراق تركيب گردد و هر نوع از احتراق در بازه كاركردي بهينه خود ايفاي نقش نمايد. ايده موتور اشتعال تراكمي بار همگن كه در آن تزريق مستقيم سوخت به داخل محفظه احتراق انجام مي‌شود راهبرد مناسبي براي نيل به اين هدف مي‌باشد. در موتورهاي اشتعال تراكمي بار همگن ابزار كنترلي خارجي كه مستقيما زمان خوداشتعالي را تنظيم نمايد وجود ندارد. عدد اكتان يا ميزان واكنشگري سوخت يكي از اثرگذارترين پارمترها بر زمانيندي احتراق است. بنابراين، اين پژوهش به بررسي اثر عدد اكتان سوخت بر احتراق اشتعال تراكمي بار همگن با پاشش مستقيم سوخت به محفظه احتراق مي‌پردازد. بررسي‌هاي رياضي بر مبناي يك مدل احتراقي جديد دو مرحله‌اي است. پيشبيني احتراق، از زمان بسته شدن دريچه هوا تا پايان پاشش سوخت با مدل تك منطقه‌اي، و از آن پس تا زمان بازشدن دريچه دود، با مدل چندمنطقه‌اي اجرا مي‌شود. نتايج نشان مي‌دهند كه عدد اكتان اثر چشمگيري بر زمانبندي احتراق و توان توليدي دارد. بنابراين، كنترل چرخه-به-چرخه و استوانه-به-استوانه زمانبندي احتراق با تنظيم عدد اكتان سوخت قابل اجرا خواهد بود.

The homogeneous charge compression ignition (HCCI) is an advantageous combustion concept for internal combustion engines in terms of efficiency and pollutant emissions. This combustion strategy is one of the main types of low temperature combustion (LTC) concepts. It is a spontaneous multi-point combustion of a highly diluted premixed fuel-air mixture. However, its limited operating range suppressed its successful utilization. One applicable method to use this combustion concept in engines is to combine it with other combustion strategies while each combustion concept come into work during its optimum operating range. The idea of an HCCI combustion engine involving direct fuel injection into the combustion chamber is an applicable strategy aiming at this target. In the HCCI engines there is no direct control method for the time of auto-ignition. The octane number or fuel auto-ignitability characteristic is one of the most influential parameters on the combustion timing. Therefore, this study investigates the effect of the octane number on the direct injection (DI) HCCI combustion. The mathematical investigations are based on a novel two-stage combustion model. The combustion is predicted with the single-zone model from the intake valve closing to the end of injection. Thereupon, it is predicted by the multi-zone model. The results indicate that the octane number has profound effects on combustion phasing and delivered power. Therefore, cycle-by-cycle and cylinder-to-cylinder control of the combustion phasing by octane number adjustment is possible.