مطالعه‌‌ عددي نقش شكل تاج سمبه و محل شمع در عملكرد موتور اشتعال جرقه‌اي با پاشش مستقيم گاز طبيعي فشرده

A Numerical Investigation of Combustion and Injection in a DISI CNG Engine

در اين تحقيق، يك مدل عددي در نرم‌افزار فاير (Fire) براي مطالعه‌ احتراق و پاشش سوخت در استوانه (Cylinder) يك نمونه موتور اشتعال جرقه‌اي با پاشش مستقيم گاز طبيعي فشرده استفاده شده ‌است. تحقيق به دو بخش مختلف تقسيم شده ‌است. در بخش اول، پاشش سوخت گازي از طريق يك افشانه‌ تك‌سوراخه در پنج نوع هندسه‌ مختلف براي محفظه‌ احتراق مطالعه شده و خواص پاشش سوخت در اين حالت ها به دست آمده ‌است. با استفاده از تحليل‌هاي كمي و كيفي در مورد شكل مناسب محفظه‌ احتراق براي كاركرد موتور در حالت پاشش مستقيم بحث شده و در انتها بهترين شكل هندسه انتخاب شده ‌‌است. در بخش دوم،‌ با استفاده از هندسه‌ انتخاب شده بر روي زمان‌بندي جرقه و محل شمع،به عنوان دو متغير بسيار مهم، مطالعات احتراقي صورت گرفته ‌است. پنج حالت مختلف براي قرارگيري شمع درنظر گرفته شده و ايده‌ استفاده از دو شمع نيز بررسي شده ‌است. بهترين نتايج احتراقي مربوط به حالتي بوده كه در آن از دو شمع استفاده شده ‌است. در پايان، با درنظر گرفتن بهترين محل براي شمع،‌ اثر زمان‌بندي جرقه نيز مطالعه شده ‌است. نتايج حل احتراق نشان مي‌دهد، براي بهترين خواص احتراقي، جرقه مي‌بايست در50 درجه قبل از نقطه‌ مرگ بالا صورت گيرد.

In this study, a numerical model has been developed in AVL FIRE software to investigate combustion and injection inside the cylinder of a direct injection spark ignition CNG engine. In this regard two parts have been taken into consideration. In the first part of the study, gas injection via a single-hole injector into the cylinder with five different piston head geometries has been investigated. Using quantitative and qualitative representations of the results, the suitable combustion chamber geometry for DI application has been discussed. In the second part, combustion studies have been performed based on the selected geometry from the first part. Spark plug location and ignition timing have been investigated as two of the most important combustion variables. Five different configurations for the spark plug have been taken into consideration and the idea of using two spark plugs has been also tested, where it showed the best combustion characteristics. The spark timing has also been studied based on the selected configuration. The results show that ignition timing should be at 50 degrees before top dead center in order to have the best combustion characteristics.