مدل سازي ترموديناميكي چندناحيه اي موتور بنزيني تزريق مستقيم جهت دستيابي به مخلوط بهينه

Mixture Formation Optimization of Gasoline Direct Injection Engine Using Multizone Thermodynamic Approach

توزيع سوخت درون سيلندر موتور تزريق مستقيم بنزيني يكي از مهمترين عوامل موثر در عملكرد آن است. در اين مطالعه، حالت بهينه نسبت سوخت به هوا درون سيلندر موتور تزريق مستقيم در دور موتورهاي مختلف و با استفاده از مدل سازي سه ناحيه اي ترموديناميكي محاسبه مي شود كه اين نواحي شامل ناحيه نسوخته، ناحيه سوخته گام هاي زماني قبلي و ناحيه در حال سوزش در گام زماني فعلي ميباشد. مدل درنظر گرفته شده، يك مدل شبه بعدي است كه مقدار متوسط پارامترهاي ترموديناميكي را در هر ناحيه محاسبه مي كند. به كمك شبيه سازي ترموديناميكي، پارامترهاي عملكردي موتور از جمله راندمان حرارتي، فشار متوسط موثر و مصرف ويژه سوخت محاسبه مي شود. مخلوط درون سيلندر به صورت دو ناحيه با غلظت متفاوت در نظر گرفته ميشود و در شرايط مختلف عملكردي موتور تزريق مستقيم، حالت بهينه غلظت سوخت در دو ناحيه ايجاد شده در محفظه احتراق محاسبه مي شود. پس از محاسبه حالت بهينه ي توزيع مخلوط درون سيلندر، بازده حرارتي و فشار متوسط موثر موتور تزريق مستقيم نسبت به موتور تزريق راهگاهي با مخلوط همگن، حدود 3 درصد افزايش و مصرف ويژه سوخت نيز در حدود 3 درصد كاهش مي يابد.

Distribution of fuel within the cylinder of gasoline direct injection engines is one of the most important factors affecting their performance. In this study, the optimum fuel-to-air ratio is calculated in direct injection engine cylinder at various engine speeds using three zone thermodynamic modeling. These zones include the unburned and burned zones of the previous time steps and the current burning zone. The proposed model is a quasi-dimensional model that calculates the average value of thermodynamic parameters in each zone. The operating parameters such as thermal efficiency, mean effective pressure and specific fuel consumption can be obtained using thermodynamic simulation. The mixture inside the cylinder is considered as two regions of different air-fuel ratios. For different operating conditions of direct injection, the optimal mode of the fuel concentrations is calculated for the both of assumed zones in the combustion chamber. After calculating the optimal mode of fuel distribution inside cylinder, thermal efficiency and mean effective pressure of direct injection engine are reported to be increased by about %3 relative to the port fuel injection engine with homogeneous mixture. Moreover, the fuel consumption is also reduced by about %3.