تاثير تركيب گاز طبيعي بر عملكرد يك موتور اشتعال تراكمي سوخت همگن

موتورهاي اشتعال تراكمي سوخت همگن، ايده‌اي نوين براي كاهش مصرف سوخت و آلاينده‌هاي حاصل از موتور به شمار مي‌روند. گاز طبيعي كه از آن به عنوان سوخت پاك ياد مي‌شود، به دليل قابليت مناسب براي ايجاد مخلوط همگن با هوا، يكي از سوخت‌هاي پركاربرد براي اين‌گونه موتورهاست. با اين حال، تركيب گاز طبيعي تاثير زيادي بر فرايند خوداشتعالي مخلوط هوا و سوخت و در نتيجه عملكرد موتور دارد. اين مقاله به بررسي تاثير تركيبات مختلف گاز طبيعي بر عملكرد يك موتور اشتعال تراكمي سوخت همگن مي‌پردازد. براي انجام اين كار از يك مدل ترموديناميكي تك‌ناحيه‌اي با شش تركيب مختلف گاز طبيعي استفاده شده است. مدل ترموديناميكي حاضر، شامل سينتيك مفصل احتراق گاز طبيعي به همراه سازوكار زلدويچ توسعه يافته براي تعيين آلاينده اكسيدهاي نيتروژن است. براي صحه‌گذاري مدل از نتايج تجربي موجود در مراجع استفاده شده است تا دقت مورد نظر براي انجام مطالعات مقايسه‌اي حاصل شود. نتايج نشان داده است كه متغيرهاي عملكردي موتور مانند كار ناخالص، فشار موثر متوسط، آلاينده اكسيدهاي نيتروژن و ... به تركيب گاز طبيعي بستگي دارند. زمان شروع احتراق در اين موتورها به شدت به مقدار هيدروكربن‌هاي سنگين‌تر موجود در تركيب گاز طبيعي وابسته است كه اين امر به نوبه خود سبب تغيير مقدار و محل وقوع بيشينه دما و فشار داخل سيلندر مي‌شود.

Homogenous Charge Compression Ignition (HCCI) engine is a promising idea to reduce fuel consumption and engine emissions. Natural gas, usually referred as clean fuel, is an appropriate choice for HCCI engines due to its suitable capability of making homogenous mixture with air. However, composition of natural gas strongly affects the auto-ignition characteristics of in-cylinder mixture and the performance of the HCCI engine. This paper has focused on the influence of natural gas composition on engine operation in HCCI mode. To this end, six different compositions of natural gas (including pure methane) have been considered to study the engine performance via a thermo-kinetic zero-dimensional model. The simulation code covers the detailed chemical kinetics of natural gas combustion and includes Zeldovich extended mechanism to evaluate NOx emission. Validations have been made using experimental data from other works to ensure the accuracy needed for comparison study. The equivalence ratio and the compression ratio were held constant but the engine speed and mixture initial temperature were changed for comparison study. The results show that the operational parameters of the engine such as gross indicated work, gross mean effective pressure, and NOx are dependent to natural gas composition. SOC is highly dependent to the amount of heavier hydrocarbons existing in the fuel composition, which leads to noticeable changes in the time and value of in-cylinder pressure/temperature peak.