Benzin-Metanol Karışımları Kullanılan HCCI-DI Bir Motorda II. Enjeksiyon Zamanı ve Dış EGR’nin Yanma Karakteristikleri ve Emisyonlara Etkisinin İncelenmesi
Mustafa Deniz Altinkurt Ali Turkcan Mustafa Canakci
AbstractAbstract: In this study, effects of injection variations and exhaust gas recirculation (EGR) on homogeneous charge compression ignition (HCCI) combustion of gasoline-methanol blends were investigated through Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations performed in AVL Fire. For experiments, a single-cylinder diesel engine was converted to an electronically controlled DI-HCCI engine by means of applying two stage direct injection (TSDI) strategy. As a part of TSDI strategy, the first injection was applied in early intake stroke and the second injection was applied in late compression stroke. The test fuels were selected as pure gasoline and two different gasoline methanol blends, namely M10 and M20. The effects of second injection timing variations and external EGR on HCCI combustion characteristics and emissions were investigated through CFD method at constant engine speed and high equivalence ratio for the same energy input of each fuel. CFD simulation results were compared with the experimental results including combustion characteristics such as cylinder gas pressure, heat release rate, maximum cylinder gas temperature (Tmax) and emissions of CO and NOx. Effects of injection variations, EGR and fuel blends on HCCI combustion were analyzed via in-cylinder temperature distribution and NO mass fraction images. It was seen from both experimental and CFD studies that combustion phase and pollutant formation can be controlled by selecting proper injection timing and EGR rate. Retarding the second injection timing and application of EGR caused to reduction in cylinder gas pressure, temperature and NOx emissions. Özet: Bu çalışmada, II. enjeksiyon zamanı değişimi ve dış egzoz gazı geri kazanımının (EGR), benzin-metanol yakıt karışımları kullanılan HCCI bir motordaki yanma üzerine etkileri AVL Fire programında gerçekleştirilen Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) simülasyonları ile incelenmiştir. Deneysel çalışma için tek silindirli dizel bir motor, çift kademeli direkt enjeksiyon stratejisi (TSDI) uygulanarak elektronik olarak kontrol edilen DI-HCCI motora dönüştürülmüştür. TSDI stratejisi kapsamında, ilk enjeksiyon emme zamanı başlarında, II. enjeksiyon ise sıkıştırma zamanı sonlarında uygulanmıştır. Test yakıtları olarak saf benzin ve iki farklı benzin-metanol karışımı, M10 ve M20, kullanılmıştır. II. enjeksiyon zamanı değişimi ve dış EGR’nin HCCI yanma karakteristikleri ve emisyonları üzerine etkileri sabit motor devri, her yakıt için aynı miktarda enerji girişi ve yüksek eşdeğerlik oranında CFD metodu ile incelenmiştir. Silindir gaz basıncı, ısı dağılım oranı ve maksimum ortalama silindir gaz sıcaklığı (Tmaks) gibi yanma karakteristikleri ile CO ve NOx emisyonlarını içeren CFD simülasyon sonuçları deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Enjeksiyon zamanı, EGR ve yakıt karışımlarının HCCI yanma üzerindeki etkileri silindir içi sıcaklık dağılımı ve NO kütle oranı görüntüleri üzerinden incelenmiştir. Deneysel ve CFD çalışmalarından, uygun enjeksiyon zamanı ve EGR oranı seçimi ile yanma fazı ve kirletici gaz oluşumunun kontrol edilebileceği görülmüştür. II. enjeksiyon zamanının geciktirilmesi ve EGR kullanılması silindir gaz basıncı, sıcaklık ve NOx emisyonunun azalmasına neden olmuştur.