امكان سنجي تشكيل شارژ لايه اي موضعي و اثرات ناشي از آن در يك موتور تزريق مستقيم گاز طبيعي

Feasibility Study of Partially Stratified Charge Mixture Formation and Its Effects on CNG Direct Injection Engine

گاز طبيعي از گزينه هاي مناسب براي جايگزيني با سوخت هاي پايه نفتي است كه مشكلات آب و هوايي جهان و آلاينده هاي زيست محيطي را تشديد كرده اند. به طور معمول استفاده از گاز طبيعي در موتورهاي احتراق داخلي با كاهش توان موتور همراه است، اما تكنولوژي تزريق مستقيم سوخت تا حد قابل توجهي مي تواند كاهش توان را جبران مي كند ولي همچنان استفاده بهينه از آن نيازمند تحقيق و پژوهش هاي بيشتر است. شارژ لايه اي موضعي از جمله ايده هاي مطرح شده براي بهبود راندمان احتراق در موتورهاي تزريق مستقيم است. تحقيق حاضر به عنوان بخشي از پروژه تبديل يك موتور تزريق درگاهي به تزريق مستقيم، به امكان يابي و شرايط تشكيل مخلوط لايه اي موضعي و اثرات آن روي احتراق و عملكرد موتور مي پردازد. مطالعه عددي صورت گرفته در تحقيق حاضر نشان مي دهد كه شكل گيري مخلوط لايه اي موضعي با روش هدايت هوايي با قرارگيري انژكتور در مجاورت مسير ورودي هوا سخت و غيرممكن خواهد بود. تكانه بالاي فواره گازي صرفا سبب حركت سريع توده سوخت تزريق شده در سيلندر مي شود و نمي تواند كمكي به اختلاط سريع و قابل قبول اين توده سوخت با مخلوط سوخت و هواي داخل سيلندر بكند. از اين رو اين مساله موجب بالارفتن نسبت سوخت و هوا به صورت موضعي، بيش از حد قابل انتظار مي شود و افت راندمان احتراق را سبب مي شود. هرچند افزايش سرعت پيشروي شعله و نرخ آزادسازي انرژي به دليل بالارفتن آشفتگي جريان به عنوان نتايج تحقيق حاضر قابل بيان است ولي بهره مندي از مزيت هاي افزايش سرعت شعله سوخت گاز طبيعي به دليل نارسايي هاي مطرح شده به طور محسوس مشاهده نمي شود.

Natural gas characteristics make it an attractive choice for replacing with oil fuels which causes climatic problems and environmental pollutions in the world. Generally, using natural gas in an internal combustion engine leads to lower volumetric efficiency of the engine, but gas direct injection technology would improve volumetric efficiency. Furthermore, more research is essential for improving the effectiveness of direct injection engines. A partially stratified charge is an appropriate idea for combustion efficiency improvement in direct injection engines. In the present study, a port injection engine is converted to direct injection engine and feasibility and condition of partially stratified mixture formation are investigated. Also, its effects on combustion and efficiency of the engine, with regards to location and injection timing of injector are noticed. Numerically simulation of current study shows that the formation of partially stratified charge, because of using air-guided method and located injector between air intake valves, is so hard and inaccessible. The high momentum of CNG jet makes a rapid motion of injected gas fuel and is not able to perform an appropriate mixture of air and fuel. Accordingly, an increase in air and fuel ratio is locally seen in the combustion chamber as this causes a drop in combustion efficiency. Although the increase in flame propagation and heat release can be expressed as results of this study, however, the benefits of rapid burning of CNG combustion due to the problems that are mentioned are not so impressive.