تبدیل موتور بنزیننی ساخت داخل با روش تزریق مستقیم گاز cng

دو راهکار کلی جهت دستیابی به کاهش آلاینده های اگزوز و مصرف سوخت موتورهای احتراق داخلی پیستونی وجود دارد. اولین راهکار، رویکرد به سوخت های جایگزین و دومین راهکار بهینه کردن احتراق می باشد. روش تزریق مستقیم cng که آمیزه ای از هر دو راهکار ذکر شده است، در دهه اخیر در موتورهای اشتعال جرقه ای مورد توجه محققان قرارگرفته است. مطالعه مورد نظر نیز در این زمینه و با هدف تبدیل موتور ساخت داخل با روش تزریق مستقیم cng انجام گرفته است. در واقع در این روش سوخت به صورت اسپری به طور مستقیم به داخل اتاق احتراق پاشیده می شود. شکل گیری مخلوط سوخت و هوا در داخل سیلندر پتانسیل قابل توجهی برای بهبود عملکرد، کاهش مصرف ویژه سوخت و گازهای آلاینده بوجود می آورد.با توجه به اهمیت زیاد آماده سازی مخلوط در تزریق مستقیم در زمان محدود و معدود بودن نتایج آزمایشگاهی و مشخص نبودن تاثیر بسیاری از پارامترها، جهت شناخت چگونگی آماده سازی مخلوط و همچنین تاثیر عوامل مختلف تزریق، نیاز است که شبیه سازی شرایط واقعی در موتور مدنظر انجام شود. برای اطمینان از چگونگی شبیه سازی تزریق سوخت و اختلاط در موتور، اعتبار سازی نتایج عددی توسط نتایج تجربی ضروری می باشد. این اعتبارسازی ها به صورت جداگانه در دو بخش انجام گرفته است. در بخش اول صحت نتایج تزریق سوخت گازی و اختلاط بصورت پایدار و وابسته به زمان در مقایسه با نتایج دیگر محققان حاصل شد. در بخش دوم شبیه سازی سیکل مکش و تراکم در موتور مدنظر به صورت سه بعدی انجام گرفته است. برای افزایش دقت تحلیل مرزهای متحرک حجم مورد نظر(سوپاپ و پیستون) توسط الگوهای مش متحرک موجود مدل شده است. در این بخش برای مقایسه نتایج عددی با تجربی به نتایج سیکل بدون احتراق نیاز بود که با انجام آزمون تجربی بدست آمد. پس از اطمینان از تحلیل های انجام گرفته، جهت مطالعه چگونگی آماده سازی مخلوط، پاشش سوخت به داخل سیلندر در شرایط واقعی موتور شبیه سازی شد.در ادامه با در نظر گرفتن عدم تغییر در سرسیلندر و همچنین مناسب تر بودن نزدیکی شمع و افشانه در تزریق مستقیم cng، شمع افشانه پیشنهاد می شود. برای طراحی چگونگی آماده سازی مخلوط هوا و سوخت مناسب، دو حالت بحرانی مدنظر است. حالت اول تزریق مستقیم در شرایط رقیق سوز و سرعت پایین است که باید مخلوط هوا و سوخت بصورت لایه ای و اشتعال پذیر در اطراف شمع قرار بگیرد. حالت دوم تزریق در شرایط غنی سوز و سرعت بالا است که باید سوخت بصورت همگن تر در زمان بسیار محدود در اتاق احتراق پخش گردد که نیاز به مطالعات بیشتری داشت. لذا با در نظر گرفتن نسبت هوا به سوخت استوکیومتری در دورهای 6000 و4000 دور بر دقیقه مطالعاتی در این زمینه انجام گرفت و اثر پارامترهای تزریق از جمله شروع پاشش و قطر و فشار پشت افشانه و همچنین تزریق دومرحله ای پرداخته شد. سپس با توجه به قیود هندسی و محدودیتهای عملکردی، محدوده مناسب از نظر قطر افشانه، فشار پشت افشانه و زمان بندی مناسب پاشش جهت کارکرد تعیین شده است. در نهایت هم جهت اطمینان از اشتعال پذیری ناحیه اطراف شمع، موقعیت و عمق الکترود مناسب شمع در شرایط رقیق سوز و غنی سوز مورد بررسی قرار گرفت و حالت بهینه پیشنهاد شد.