امکان‌سنجی تشکیل شارژ لایه‌ای موضعی و اثرات ناشی از آن در یک موتور تزریق مستقیم گاز طبیعی

گاز طبیعی از گزینه های مناسب برای جایگزینی با سوخت های پایه نفتی است که مشکلات آب و هوایی جهان و آلاینده های زیست محیطی را تشدید کرده اند. به طور معمول استفاده از گاز طبیعی در موتورهای احتراق داخلی با کاهش توان موتور همراه است، اما تکنولوژی تزریق مستقیم سوخت تا حد قابل توجهی می تواند کاهش توان را جبران می کند ولی همچنان استفاده بهینه از آن نیازمند تحقیق و پژوهش های بیشتر است. شارژ لایه ای موضعی از جمله ایده های مطرح شده برای بهبود راندمان احتراق در موتورهای تزریق مستقیم است. تحقیق حاضر به عنوان بخشی از پروژه تبدیل یک موتور تزریق درگاهی به تزریق مستقیم، به امکان یابی و شرایط تشکیل مخلوط لایه ای موضعی و اثرات آن روی احتراق و عملکرد موتور می پردازد. مطالعه عددی صورت گرفته در تحقیق حاضر نشان می دهد که شکل گیری مخلوط لایه ای موضعی با روش هدایت هوایی با قرارگیری انژکتور در مجاورت مسیر ورودی هوا سخت و غیرممکن خواهد بود. تکانه بالای فواره گازی صرفاً سبب حرکت سریع توده سوخت تزریق شده در سیلندر می شود و نمی تواند کمکی به اختلاط سریع و قابل قبول این توده سوخت با مخلوط سوخت و هوای داخل سیلندر بکند. از این رو این مساله موجب بالارفتن نسبت سوخت و هوا به صورت موضعی، بیش از حد قابل انتظار می شود و اُفت راندمان احتراق را سبب می شود. هرچند افزایش سرعت پیشروی شعله و نرخ آزادسازی انرژی به دلیل بالارفتن آشفتگی جریان به عنوان نتایج تحقیق حاضر قابل بیان است ولی بهره مندی از مزیت های افزایش سرعت شعله سوخت گاز طبیعی به دلیل نارسایی های مطرح شده به طور محسوس مشاهده نمی شود.

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

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 airguided 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.