Reaktivite kontrollü sıkıştırma ile ateşlemeli (RCCI) motorlarda yanma karakteristiklerinin ve emisyonlarının sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of combustion characteristics and emissions in reactivity controlled compression ignition (RCCI) engines
Yazar: SERDAR HALİS
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN SERDAR YÜCESU
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Otomotiv Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering
Dizin: Ateşleme sistemleri = Ignition systems ; Düşük sıcaklık = Low temprature ; Emisyon = Emission ; Sayısal analiz = Numerical analysis ; Sıkıştırma yöntemi = Compression method ; İzooktan = Isooctane

Özet:
Günümüzde petrol kaynaklarının azalması, maliyetlerinin artması ve araç kullanımının artışından dolayı çevreye zarar veren emisyon salımlarının yüksek seviyelere çıkması gibi olumsuz koşullar dikkate alındığında bilim insanları reaktivite kontrollü sıkıştırma ile ateşleme (RCCI) yanma modu gibi yüksek verimli ve düşük emisyonlu düşük sıcaklıkta yanma (LTC) stratejilerine odaklanmışlardır. Bu çalışmada, Converge CFD yazılımı ile belli şartlarda elde edilen deneysel veriler doğrulanarak ön karışım oranı, emme manifoldu basıncı, emme havası giriş sıcaklığı, enjeksiyon zamanlaması ve hava fazlalığının RCCI yanma karakteristikleri ve emisyonları üzerine etkileri sayısal olarak incelenmiştir. RCCI yanma modunda 1000 dev/dk motor hızında, sıkıştırma oranı 9.2 olan, dört silindirli, dört zamanlı benzinli, direkt enjeksiyonlu bir motor kullanılmıştır. Sayısal analizlerde düşük reaktiviteli yakıt olarak izo-oktan, yüksek reaktiviteli yakıt olarak n-heptan kullanılmıştır. Maksimum silindir içi basınç PR20 yakıtı ile 36,15 bar (11°KMA ÜÖNs) olarak elde edilmiştir. Emme manifoldu basıncı 140 kPa değerine yükseltilince temel durumda 36 bar seviyelerinde olan maksimum silindir içi basıncın 57 bar seviyelerine kadar çıktığı tespit edilmiştir. Emme manifoldu basıncının artmasıyla silindir içi sıcaklığın yükselmesinden dolayı HC, CO ve NOx emisyonları daha yüksek değerlerde açığa çıkmıştır. Emme havası giriş sıcaklığının artışı ile silindir içerisinde karışım reaktivitesinde önemli bir artış olmuş ve bununla birlikte yanma avansa alınmıştır. En yüksek pik basıncı SOI=50°KMA ÜÖNö'de, en düşük pik basıncı ise SOI=25°KMA ÜÖNö'de elde edilmiştir. Karışım içerisindeki hava fazlalığı arttıkça maksimum silindir içi basınç da azalmıştır. Sonuçlar bahsi geçen bu parametrelerin RCCI yanma karakteristikleri ve emisyonlarını önemli derecede etkilediğini göstermiştir.

Abstract:
Considering the negative conditions such as the decrease in oil resources, the increase in their costs and the high levels of emissions that harm the environment due to the increase in use of vehicle, scientists have focused on high-efficiency and low-emission low-temperature combustion (LTC) strategies such as reactivity controlled compression ignition (RCCI) combustion mode. In this study, the effects of premix ratio, intake manifold pressure, intake air temperature, injection timing and lambda on RCCI combustion characteristics and emissions were investigated numerically with Converge CFD software by validating the experimental data obtained under certain conditions. A four-cylinder, four-stroke gasoline direct injection engine with a constant engine speed of 1000 rpm and a compression ratio of 9.2 was used in RCCI combustion mode. Iso-octane was used as a low reactivity fuel and n-heptane was used as a high reactivity fuel in the numerical analysis. The maximum in-cylinder pressure was obtained as 36.15 bar (11°CA aTDC) with PR20 fuel. When the intake manifold pressure was increased to 140 kPa, it was determined that the maximum in-cylinder pressure which was 36 bar in the base case increased to the level of 57 bar. HC, CO, and NOx emissions were released at higher values due to the increase in the in-cylinder temperature with the rise in the intake manifold pressure. The rise in the intake air temperature resulted in a significant increase in the reactivity of the mixture in the cylinder and the combustion advance. The highest peak pressure was obtained at SOI=50°CA bTDC, and the lowest peak pressure was obtained at SOI=25°CA bTDC. As the lambda increased in the mixture, the maximum in-cylinder pressure decreased. The results showed that these parameters significantly affect the RCCI combustion characteristics and emissions.