13954

13954

بررسي عددي استفاده از سيستم اشتعال تراكمي كنترل واكنش پذيري (RCCI)در موتور ديزل سنگين

كارشناسي ارشد

سيستم محركه خودرو

زمستان1393

زمستان1393

دكتر امير حسن كاكايي

خودرو

چكيده موتورهاي احتراق داخلي علي رغم پيشرفتهاي اخير از مشكل كم بازده بودن رنج مي برند. موتورهاي ديزل به دليل بالاتر بودن نسبت تراكم آنها و نداشتن دريچه گاز از موتورهاي بنزيني بازده بالاتري دارند. بالا رفتن قيمت سوخت هاي فسيلي و ميزان آلايندگي در ايران و كشورهاي ديگر باعث شده تا در سالهاي اخير محققان و توليدكنندگان توجه زيادي به اين موتورها داشته باشند . در ايران بر روي طرح ديزل ملي مطالعات زيادي انجام شده اما استفاده به ناچار از مواد و تجهيزات قوي تر و سنگين¬تر و پرهزينه تر جهت تحمل دماي بالاي محفظه احتراق موتورهاي ديزل و ميزان آلايندگي اكسيد نيتروژن و ذرات و دوده بالا در اين موتورها چالش پيش روي محققان و توليدكنندگان اين زمينه در ايران شده است. براي حل اين مشكل استراتژي هاي احتراق دما پايين مطرح شده است كه ضمن حفظ بازده بالا آلايندگي كمتري را ايجاد مي كنند يكي از اين استراتژي ها كه در دهه هاي اخير توجه رو به افزايشي را به خود جلب كرده احتراق اشتعال تراكمي با سوخت ديزل پيش مخلوط است. در اين سيستم به دليل احتراق پيش مخلوط آلودگي ذرات و دوده و در نتيجه استفاده از مخلوط فقير و بازخوراني از گازهاي خروجي بالا آلودگي اكسيد نيتروژن كاهش مي يابد. اما در اين سيستم همچنان مشكلاتي از قبيل عدم كنترل زمان بندي احتراق و محدود بودن شرايط عملكردي وجود دارد.اخيراً سيستمي به نام اشتعال تراكمي كنترل واكنش پذيري ارائه شده كه در آن يك سوخت با عدد اكتان بالا و دماي تبخير كم مانند بنزين مرغوب يا متانول، در دريچه ورودي و يك سوخت با واكنش پذيري بالا (عدد ستان بالا) مانند ديزل به صورت مستقيم در سيلندر تزريق مي شود. بدين ترتيب با تنظيم نسبت سوخت ديزل و ديگر سوختي كه از طريق دريچه ورودي تزريق مي شود و همچنين زمان پاشش سوخت با واكنش پذيري بالا مي توان زمان بندي احتراق را تنظيم كرده تا كمترين كار منفي (احتراق در مرحله تراكم) و بيشترين بازده را ايجاد كرد. از آنجا كه در اين سيستم سوخت با عدد ستان پايين قبل از تزريق ديزل سيلندر را پر مي كند ميزان نرخ آزاد شدن گرما كاهش يافته و احتمال پديده كوبش را كم مي كند.در اين سيستم به دليل وجود سوخت با واكنش پذيري پايين تأخير در اشتعال زياد مي شود و با بيشتر شدن تأخيردر اشتعال ، زمان كلي كه احتراق در آن صورت مي گيرد كم شده و ميزان آلايندگي اكسيدهاي نيتروژن كه زماني كه در دما بالا سپري مي كند را براي شكل گيري از دست داده كاهش مي يابد. از آنجا كه در اين سيستم نسبت به حالت موتور ديزل با تزريق مستقيم سوخت ديزل كمتري بطور مستقيم تزريق مي شود و همچنين با تنظيم مناسب ميزان سوختي كه در دريچه ورودي تزريق مي شود آلودگي ذرات و دوده را كاهش مي يابد. در اين رساله به روش ديناميك سيالات محاسباتي يكپارچه شدهشده با حل سينتيك شيميايي و استفاده از دو حلگر كيوا و كمكين و كد كانورج ، مزيت استفاده از اين سيستم نسبت به ديزل معمولي مورد توجه قرار مي گيرد و نشان داده مي شود كه استفاده از اين سيستم به ميزان قابل توجه بازده موتور را افزايش داده و بدون بكارگيري از كاتاليست، ميزان آلايندگي دوده و اكسيدهاي نيتروژن كاهش خواهد يافت. علاوه بر اين، تأثير پارامترهاي مهم از قبيل كسر جرمي سوخت پيش آميخته و زمان پاشش سوخت ديزل مورد بررسي قرار مي گيرد. همچنين احتراق RCCI در دو حالت بنزين-ديزل و گاز طبيعي-ديزل مقايسه مي شود. واژه‌هاي كليدي:اشتعال تراكمي كنترل واكنش پذيري، ديناميك سيالات محاسباتي ، سينتيك شيميايي، كاهش آلايندگي، افزايش بازده