سوخت و احتراق

سوخت و احتراق

پیش‌بینی تاخیر خود‌اشتعالی در موتور اشتعال تراکمی مخلوط همگن

نویسنده
رحیم ابراهیمی
گروه مهندسی ماشین‌های کشاورزی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهرکرد
چکیده
راندمان بالای گرمایی همراه با تولید پایین اکسیدهای نیتروژن‏، موتور اشتعال تراکمی مخلوط همگن را در زمره‌ ایده‌های اصلی موتورهای آینده قرار داده است. کنترل زمان خود‌اشتعالی در موتور اشتعال تراکمی مخلوط همگن مشکل اصلی تجاری شدن آن است. بر این اساس، الگوی هو و کک، الگوی شل و الگوی انتگرال کوبش برای پیش‌بینی ‌شروع خود اشتعالی برای استفاده در سیستم کنترل موتور پیشنهاد و با هم مقایسه شدند. در الگوی انتگرال کوبش دو رابطه‌‌ جدید برای پیش‌بینی شروع مرحله‌ اول و دوم احتراق پیشنهاد شد. مقایسه‌ اختلاف میانگین مقادیر به دست آمده از الگوهای نظری با مقادیر آزمایشگاهی و زمان محاسبه‌ آنها نشان می‌دهد که الگوی انتگرال کوبش بهترین تطبیق و کم­ترین زمان محاسبه را در پیش‌بینی شروع مرحله‌ اول و دوم احتراق دارد.

تازه های تحقیق

از بین الگوهای سینتیک شیمیایی، الگوی سینتیک شیمیایی کاهش یافته به دلیل پایین بودن تعداد گونه و واکنش شرکت کننده در آن مورد استفاده قرار گرفت. در میان این دسته از الگوها، دو الگوی معروف شل و الگوی هو و کک انتخاب شدند. همچنین الگوی انتگرال کوبش که در بین الگوهای تجربی مورد توجه محققان است با تغییراتی برای پیش‌بینی مرحله‌ی اول و دوم احتراق استفاده شد. مقایسه‌ی سه الگوی پیشنهادی نشان داد که زمان محاسبه‌ی الگوی شل به طور متوسط 75/1 برابر و الگوی هو و کک 4 برابر بیشتر از الگوی انتگرال کوبش است. بر این اساس زمان محاسبه‌ی الگوی انتگرال کوبش پایین­تر از دو الگوی دیگر است. هم­چنین مقایسه‌ی اختلاف میانگین الگوها با مقادیر آزمایشگاهی نشان داد که الگوی انتگرال کوبش بهترین پیش‌بینی را در شروع مرحله‌ی اول و دوم احتراق دارد. در مورد دو الگوی سینتیک شیمیایی پیشنهاد شده می‌توان گفت که الگوی هو و کک پیش‌بینی بهتری در شروع مرحله‌ی اول احتراق نسبت به الگوی شل، به علت در بر داشتن تعداد بیشتر گونه و واکنش نشان می‌دهد. ولی الگوی شل تطابق بهتری با داده‌های آزمایشگاهی در شروع مرحله‌ی اول احتراق دارد.

 

کلیدواژه‌ها
موتور
شروع احتراق
الگوی انتگرال کوبش
الگوی هو و کک
الگوی شل

عنوان مقاله English

Prediction of auto-ignition delay in HCCI engine

نویسنده English

Rahim Ebrahimi
Department of Agricultural Machinery Engineering, Faculty of Agriculture, Shahrekord University
چکیده English

Homogenous charge compression ignition (HCCI) engines are being actively developed worldwide as they can have efficiencies close to that of diesel engines, with low levels of oxides of nitrogen as we particulate matter emissions. There are challenges associated with the successful operation of HCCI engines particularly with combustion phasing controls. Thus, auto-ignition models are proposed to be used in engine control systems. Hu and Keck model, Shell model, and Knock integral method are selected. Two equations in Knock integral method are proposed for the prediction of start of ignition of the first- and second-stage combustion. The comparison of average differences in auto-ignition delay between the models, experimental data and time calculation indicates that Knock integral model has the highest accuracy as well as shorter time.

کلیدواژه‌ها English

HCCI
Auto-ignition
Shell model
Hu and Keck model
Knock integral method
1.       Onishi, S., Jo, S. H., Shoda, K., JO, P. D., and Kato, S., “Active Thermo-Atmosphere Combustion (ATAC)-A New Combustion Process for Internal Combustion Engine,” SAE paper 790501, 1979.
2.       Livengood, J. C., and Wu, P. C., “Correlation of Autoignition Phenomenon in Internal Combustion Engines and Rapid Compression Machines,” 15th Symposium (International) on Combustion, pp. 347-56, 1955.
3.       Bengtsson, J., “Closed­Loop Control of HCCI Engine Dynamics,” Ph.D. Thesis, Lund Institute of Technology, Sweden, 2004.
4.       He, X., Donovan, M. T., Zigler, B. T., Palmer, T. R., Walton, S. M., Wooldridge, M. S., and Atreya, A., “An Experimental and Modeling Study of Iso-octane Ignition Delay Times Under Homogeneous Charge Compression Ignition Conditions,” Combustion and Flame, Vol. 143, pp. 266-275, 2005.
5.       Soylu, S., and Gerpen, J. V., “Development of an Autoignition Submodel for Natural Gas Engines,” Fuel, Vol. 82, pp. 1699-1707, 2003.
6.       ابراهیمی، ر. "پیش‌بینی شروع مرحله‌ی دوم احتراق در موتور اشتعال تراکمی مخلوط همگن توسط الگوی سینتیک شیمیایی کاهش یافته،" دومین کنفرانس احتراق ایران، دانشگاه آزاد اسلامی مشهد، بهمن 1386.
7.       Ribaucour, M., Minetti, R., Sazhina, E. M., and Sazhin, S. S., “Autoignition of n-Pentane in a Rapid Compression Machine: Experiment Versus Modelling, ” Third European Combustion Meeting ECM, 2007.
8.       Nabil, S., Ayoub, R., and Reitz, D., “Multidimensional Modeling of Fuel Composition Effects on Combustion and Cold-starting in Diesel Engines,” SAE Paper 952425, 1998.
9.       Sazhin, S. S., Sazhina, E. M., Heikal, M. R., Marooney, C., and Mikhalovsky, S. V., “The Shell Autoignition Model: A New Mathematical Formulation,” Combustion and Flame, Vol. 117, pp. 529-540, 1999.
10.      Woschni, G., “A universally applicable equation for instantaneous heat transfer coefficient in the internal combustion engine,” SAE Paper 670931, 1967.
11.      Hu, H., and Keck, J., “Autoignition of Adiabatically Compressed Combustible Gas Mixtures,” SAE paper 872110, 1987.
12.      Houliag, L., David, L. M., and Nicholas, P. C., “A Study on the Application of a Reduced Chemical Reaction Model to Motored Engines for Heat Release Prediction,” SAE Paper 922328, 1992.
13.      Warnatz, J., Maas, U., and Dibble, R. W., Combustion: Physical and Chemical Fundamentals, Modeling and Simulation, Experiments, Pollutant Formation, 4th ed., p. 378, Springer, Germany, 2006.
14.      Choi, Y., and Chen, J.-Y., “Fast Prediction of Start-of-Combustion in HCCI with Combined Artificial Neural Networks and Ignition Delay Model,” Proceedings of the Combustion Institute, Vol. 30, pp. 2711-2718, 2005.
15.      Choi, Y., and Chen, J.-Y., “Numerical Modeling of Start-of-Combustion (SOC) in HCCI Engine With Artificial Neural Network (ANN),” Proceedings of the 2003 Western States Meeting of the Combustion, 2003.
16.      Vanhove, G., “Oxydation, Co-oxydation et Auto-inflammation à Basses Températures d’Alcènes et Aromatiques Type. Etude Expérimentale des Interactions an Sein d’un Carburant-Modèle,” Thèse Ph.D., L’Université des Sciences et technologies de Lille, 2004 (In French).
17.      Stoecker, W. F., Design of Thermal Systems, 2nd Edition, McGraw-Hill, Kogakusha, 1980.
18.      Dagaut, P., Dayma, G., Desmet, B., Djedaili-Chaumeix, N., Ebrahimi, R., Hadj Ali, K., Mercier, M., and Minetti, R., “Utilisation de Combustibles Issus de la Gazéification de la Biomasse dans les Moteurs HCCI,” Rapport Final, PR5.5 SYNGAZ-GTL-HCCI, 2005(In French).
19.      Lu, X. C., Chen, W., Huang, Z., “A Fundamental Study on the Control of the HCCI Combustion and Eemissions by Fuel Design Concept Combined with Controllable EGR. Part 1. The Basic Characteristics of HCCI Combustion,” Fuel, Vol. 84, pp. 1074-1083, 2005.