تحليل تجربي و عددي تاثير بازخوراني گازهاي خروجي دما پايين روي عملكرد و آلايندگي موتور رقيق سوز اشتعال جرقه اي گاز سوز مجهز به پيش محفظه احتراق

Experimental and Numerical Investigation of Colded Exhaust Gas Recirculation Effect on Performance and Emission of Lean Burn Spark Ignition Engine with Natural Gas and Pre-Chamber

در پژوهش حاضر عملكرد يك موتور تك سيلندر گازسوز مجهز به پيش محفظه احتراق طراحي شده در دانشگاه اروميه بررسي و تاثير بازخوراني گازهاي خروجي روي عملكرد موتور تجزيه وتحليل شده است. نتايج نشان مي دهد كه استفاده همزمان از پيش محفظه احتراق و بازخوراني گازهاي خروجي منجر به كاهش قابل توجه اكسيدهاي نيتروژن مي شود. همچنين در نسبت هاي كم بازخوراني گازهاي خروجي ميزان هيدروكربن هاي نسوخته كاهش پيدا مي كند اما در نسبت هاي بالاي بازخوراني گازهاي خروجي ميزان هيدروكربن هاي نسوخته افزايش قابل توجه اي مي يابد. بازخوراني گازهاي خروجي، ميزان آلاينده مونواكسيد كربن را افزايش مي دهد ولي تاثير محسوسي روي دي اكسيد كربن ندارد. با استفاده همزمان از بازخوراني گازهاي خروجي و سامانه جرقه زني پيش محفظه احتراق، مي توان ضمن حفظ تقريبي توان ترمزي موتور، ميزان آلاينده ها را تا حد زيادي كاهش داد. توان خروجي موتور و فشار متوسط موثر كه شاخص هاي اصلي عملكرد موتور هستند به ازاي هر 5% بازخوراني گازهاي خروجي 3 تا 4% كاهش مي يابد. نتايج نشان مي دهد كه بازخوراني گازهاي خروجي منجر به كاهش سرعت شعله هاي جت خروجي از پيش محفظه احتراق شده كه در نهايت باعث كاهش پيش روي جبهه شعله مي شود. تحليل نتايج آزمون تجربي و مدل شبيه سازي شده نشان مي ده كه مي توان در يك موتور مجهز به سيستم پيش محفظه احتراق براي بازخوراني گازهاي خروجي يك محدوده ايده آل تعريف نمود كه در آن ميزان انتشار آلاينده ها در كمترين حالت بوده و توان خروجي موتور نيز تا حد زيادي حفظ شود كه در موتور مدل مورد استفاده در اين پژوهش بازخوراني گازهاي خروجي به ميزان 10% محدوده ايده آل است.

In the present research, the performance of a single-cylinder engine with a pre-chamber and natural gas fuel designed in Urmia University has been investigated and the effect of Exhaust Gas Recirculation (EGR) on engine performance has been analyzed. The results indicate that the simultaneous use of the pre-chamber and the EGR reduces significantly nitrogen oxides emission. Also, the amount of unburned hydrocarbons (HC) decreases in the low EGR, but the amount of HC increases significantly with higher EGR. EGR increases the carbon monoxide (CO) emission but does not have a significant effect on carbon dioxide (CO2) emission. Simultaneous use of EGR and pre-chamber can reduce the amount of emission while it can maintain the engine braking. The engine power and the indicated mean effective pressures (IMEP) which are the main indicators of the engine’s performance, decrease by 3 to 4 percent for every 5 percent of the EGR. The results show that the EGR reduces the velocity of the jet flames out of the pre-chamber which ultimately reduces the advance of the flame front. Analysis of the results of the experimental test and the simulated model shows that an ideal range for EGR in an engine with a pre-chamber can be defined in which the emission is minimal and the engine power is maintained. In the engine used in this research, the exhaust gas reaction is in the ideal 10% range.