شبيه سازي عددي اسپري و احتراق و بررسي شكل گيري مخلوط لايه اي هوا و سوخت در موتور پاشش مستقيم بنزيني

Numerical Simulation of Spray and Combustion and Investigation of Stratified Air-Fuel Mixture Formation in Gasoline Direct Injection Engine

هدف اصلي اين مقاله، بررسي عددي شكل گيري مخلوط هوا و سوخت و ويژگي هاي اسپري و احتراق در محفظه موتور EF7 مجهز به سيستم پاشش مستقيم سوخت از نوع هدايت اسپري است. براي اين منظور، ابتدا يك انژكتور شش سوراخه در سه فشار پاشش مختلف شبيه سازي و به منظور صحت سنجي ويژگي هاي پاشش، از نتايج تجربي انستيتو موتوري ايتاليا استفاده شده است. سپس با قرارگيري انژكتور در نزديكي شمع و تغيير زاويه قرارگيري آن نسبت به محور محفظه، زاويه مناسب براي شكل گيري مخلوط لايه اي بهينه بدست آمده است. در ادامه، اثر فشار پاشش سوخت، شروع پاشش اوليه و ثانويه و همچنين، اثر پاشش دو مرحله اي سوخت با نسبت هاي مختلف جرم سوخت در پاشش اوليه و ثانويه بر روي شكل گيري مخلوط، تشكيل فيلم سوخت روي ديواره و آلايندگي موتور بررسي شده است. نتايج شبيه سازي نشان داد كه زاويه قرارگيري انژكتور به دليل تأثير مستقيم آن بر جرم فيلم سوخت روي ديواره، به شدت بر روي شكل گيري مخلوط، افزايش توان موتور و مقدار هيدروكربن هاي نسوخته مؤثر است. همچنين، در پاشش دو مرحله اي سوخت، مخلوط نسبتاً همگن و فقير نسبت به مخلوط لايه اي احتراق بهتري را در دور و بار متوسط موتور نتيجه مي دهد.

The main aim of this paper is the numerical investigation of air-fuel mixture formation and spray and combustion characteristics of EF7 engine equipped with spray-guided direct injection system. For this purpose, first, a six-hole injector is simulated in three injection pressures 6, 10 and 20 MPa and to validate the fuel injection characteristics, the results are validated against the Istituto Motori-CNR experimental data. Then, the injector position is selected near the spark plug and by changing the injector angle relative to the axis of combustion chamber, the appropriate angle for optimization of mixture formation is obtained. Then, the effect of injection pressure, start of first and second injection as well as the effect of two-stage fuel injection with different ratios of fuel mass at first and second injection are studied on the mixture formation, wall film and engine emissions. The results showed that the injector angle is extremely effective on the mixture formation, pressure and the amount of unburned hydrocarbons due to its direct impact on wall film mass. Also, in the two-stage injection, relatively homogeneous lean mixture compared to the stratified mixture results in better combustion at part load condition.