بررسي تجربي تهيه مخلوط سوخت در موتور احتراق داخلي با استفاده از روش‌هاي نوري

Air-fuel Mixture Preparation for Internal Combustion Engines:Optical Techniques for Diagnosis of the Spray Developments

اهميت تهيه مخلوط مناسب در موتور احتراق داخلي بر هيچكس پوشيده نيست و ارزش تهيه مخلوط در كاركرد درست چرخه ترموديناميكي براي همه محققين مشخص است. مدت كوتاه ميان پاشش سوخت و شروع احتراق براي تهيه بهترين مخلوط و آزاد شدن بهينه انرژي و توليد آلاينده، بسيار مهم است. قوانين سخت­گيرانه مربوط به انتشار گازهاي گلخانه ­اي سبب شده است كه محققين موتور به سمت استفاده از سامانه‌هاي فشار قوي و تزريق مستقيم براي ايجاد بهترين مخلوط سوخت حركت كنند. شايان ذكر است كه كوچك‌سازي موتور منجر به افزايش تأثير سوخت بر روي هيدروكربن نسوخته و ذرات دوده در خروجي موتور مي‌شود. دانش جامعي از سوخت تزريق شده ، پخش شدن آن در محفظه با شكست هاي اوليه و ثانويه، تبخير، اختلاط با هوا و احتراق ديدگاه­ هاي كاملي به محققين داده و در طراحي معماري جديد موتورها كمك شاياني خواهد نمود. روش‌هاي نوري در توصيف اين فرايندها بسيار قدرتمند بوده و در عين حال تداخلي در فرايندهاي موتور ندارند. روش­هاي تصويربرداري و طيف سنجي به ما اجازه مي­دهد تا تحولات فيزيكي و شيميايي سوخت در هنگام تهيه مخلوط را بررسي كرده و توليد گونه ­هاي اوليه و فرعي را دنبال كنيم. در عين حال مكان­ هاي بالقوه توليد آلاينده در روش‌هاي نوري به خوبي شناسايي مي‌شود. شايان ذكر است كه با توسعه اين روش در تهيه مخلوط، مجموعه­اي از داده­ها براي شروع و نگاشت كدهاي عددي آماده مي­شود. در پژوهش حاضر، روش­هاي نوري براي به تصوير كشيدن انتشار سوخت در يك محفظه حجم ثابت با شرايط شبيه به موتور، به منظور شبيه‌سازي تزريق مستقيم سوخت در موتور ارايه شده است.

Nobody escapes the importance of the air/fuel mixture preparation in internal combustion engines, whatever is the thermodynamic cycle they work on and the adopted fuel. The short time between the fueling and the start of the combustion is crucial for the best mixture formation and its burning for energy optimization and the pollutant production. The always stringent vehicle emissions rules led engine research toward the use of high-pressures and direct-injection systems for allowing a best atomization/vaporization of the fuel while, as drawback, the downsizing of the combustion system results in increasing of fuel impact on the combustion chamber and cylinder line with HC and particulate matter increase at the exhaust. A complete description of the injected fuel, its spread in the chamber with primary and secondary breakups, the vaporization, the mixture with the air and the combustion are of basic importance to govern the process and help new design architectures. Optical characterization has shown it’s powerful in describing these processes without interfering with their evolution both in stationary and reciprocating devices. Imaging and spectroscopic techniques allow us to follow the physic-chemical transformations of the initial bulk of fuel in the mixture, production of primary and secondary species and individuate the potential sites of pollutant production. Furthermore, the results constitute a data set for initializing and calibrating numerical codes for provisional, results and behavior of diverse injecting systems and at different ambient conditions, and last but not the least inside the engine. In this paper, a tracking shot of optical techniques adopted to depict the fuel spread in a quiescent optical accessible vessel at engine-like conditions is reported for practices of fuel direct injection in engines.