استفاده از ازن براي گسترش محدوده عملكردي دماي هواي ورودي موتور HCCI

Exploiting ozone to extend the operating range of HCCI engines to lower intake air temperatures

استراتژي احتراقي اشتعال تراكمي مخلوط همگن يك راهكار جايگزين با قابليت افزايش بازدهي گرمايي و كاهش چشمگير آلاينده هاي اكسيد نيتروژن و دوده در موتور است. در حال حاضر، هنوز موانعي از جمله كنترل پذيري و همچنين محدود بودن بازه هاي عملكردي در راه كاربرد عمده از اين نوع موتورها وجود دارد. هنگامي كه از سوخت هاي با واكنش پذيري پايين، مثل گاز طبيعي در اين نوع موتورها استفاده شود، محدوديت هاي كاربردي جديتر خواهند شد. گاز ازن، يك گونه شيميايي بسيار فعال است و مي تواند در مسير بهبود فرايند احتراق در اين موتورها مورد استفاده قرار بگيرد. در كار حاضر، شبيه سازي عددي سه بعدي كه با مكانيزم شيميايي مفصل مناسب تركيب شده به عنوان ابزار بررسي انتخاب شده است . موضوع مورد مطالعه، اثرات افزودن مقادير مختلف ازن به مخلوط هوا و سوخت در يك موتور اشتعال تراكمي مخلوط همگن با مقادير مختلف براي دماي هواي ورودي، بر مشخصه هاي عملكردي و توليد آلايندگي موتور است. نتايج بدست آمده نشان ميدهد كه حتي افزودن مقادير بسيار كم ازن (در حد 10 قسمت در ميليون) نيز تاثيرات قابل مشاهده اي بر خصوصيات احتراقي خواهد داشت. همچنين، نتايج نشان مي دهد كه افزودن مقادير مناسب ازن، با تاثير در بهبود فرايند احتراق، ميتواند منجر به كنترل زمان بندي احتراق و همينطور گسترش محدوده عملكردي موتور به دماهاي پايين تر هواي ورودي شود.

Homogeneous charge compression ignition (HCCI) is an alternative combustion strategy with the potential of significant advantages in terms of increasing thermal efficiency and reduction of NO and soot emissions. There exist still obstacles for HCCI engines to be widely used, such as controllability and limited operating ranges. The limitations become even more severe when low reactivity fuels like natural gas are used. Ozone gas, which is a chemical species with a very high level of reactivity can help advance the combustion process in the HCCI engine. In the present work, coupled multidimensional computational fluid dynamics (CFD) with proper detailed chemical kinetic mechanisms is employed to investigate the effects of ozone addition to air fuel mixture in a HCCI engine with different initial intake temperature on engine performance characteristics and emission production. The results show that even low concentrations of ozone (10 ppm) have noticeable influences on combustion properties. It is also revealed that through enhancement in combustion process, adding proper amounts of ozone can help control engine combustion phasing and also extend HCCI engine operating range to work with lower intake air temperatures.