تصوير برداري و تحليل خود اشتعالي و كوبش در موتور شيشه‌اي

Imaging and Analysis of Auto-Ignition and Heavy Knock in a Full Bore Optical SI Engine

اين مقاله به موضوع مطالعه درباره پيش جرقه در شرايط كوبش موتور پرداخته موتور مورد استفاده در اين تحقيق از نوع تك استوانه با قابليت دسترسي كامل تصويري از بالاي استوانه است. اين موتور مي تواند حداكثر فشار 150 بار را در شرايط سخت تحمل كند. شرايط كوبش در فشار پايين 5 بار و با استفاده از گرم كن هواي ورودي و استفاده از سوخت با عدد اكتان 75 به موتور تحميل شد. در اين مقاله دوربين عكاسي تندنگار ( 60,000 عكس در ثانيه) به همراه آناليز اطلاعات حرارتي دريافتي از موتور كمك به تحليل اتفاقات احتراق مي كند مهمترين دستاورد اين تحقيق ، بهبود درك از احتراق خودكار و مركزهاي متعدد آن در شرايط كوبش سخت مي باشد. ديده شدن مركزهاي پراكنده جرقه دو محفظه احتراق همسو با نظريه توسعه انفجار است. بررسي ترموديناميكي اطلاعات نشان دهنده اين است كه بين شدت كوبش و مقدار سوخت مشتعل نشده در لحظه شروع كوبش ارتباطي وجود ندارد. همچنين بررسي عكس هاي گرفته شده در چرخه هاي بعد از كوبش شديد موتور، قطرات ريز روغن در محفظه احتراق ديده مي شود كه همين باعث شروع پيش از موقع احتراقمي باشد. اين پديده تاثير مستقيم با رفتار نوساني كوبش دارد. در نهايت نتايج بدست آمده نشان دهنده رابطه مستقيم بين دماي مناطق مختلف موتور و خود اشتعالي است.

The work involved a fundamental study of auto-ignition under unusually high knock intensities for an optical spark ignition engine. The single-cylinder research engine adopted included full bore overhead optical access capable of withstanding continuous peak in-cylinder pressures of up to 150bar. A heavy knock was deliberately induced under relatively low loads using inlet air heating and a primary reference fuel blend of reduced octane rating. High-speed chemiluminescence natural light imaging was used together with simultaneous heat release analysis to evaluate the combustion events. Multiple centered auto-ignition events were regularly observed to lead into violent knocking events, with knock intensities above 140 bar observed. The ability to directly image the events associated with such a high magnitude of knock is believed to be a world-first in an optical engine. The multiple centered events were in good agreement with the developing detonation theory proposed elsewhere to be the key mechanism leading to heavy knock in modern downsized SI engines. The accompanying thermodynamic analysis indicated a lack of relation between knock intensity and the remaining unburned mass fraction burned at the onset of the auto-ignition. Spatial analysis of the full series of images captured demonstrated the random location of the initial auto-ignition sites, with new flame kernels forming at these sites and initially growing steadily and suppressing further growth of the main flame front before violent detonation at speeds well over the imaging frequency of the camera.