Till innehåll på sidan

Diffusive Combustion of Ethanol in a Dual-Fuel Direct Injection Compression Ignition Engine

Tid: Fr 2021-06-11 kl 10.00

Plats: https://kth-se.zoom.us/j/64427961704, Stockholm (English)

Ämnesområde: Maskinkonstruktion

Respondent: Nicola Giramondi , Förbränningsmotorteknik

Opponent: Dr. Jan Erik Eismark, Volvo GTT

Handledare: Prof. Anders Christiansen Erlandsson, Förbränningsmotorteknik; Prof. Mihai Mihaescu, Competence Center for Gas Exchange (CCGEx), Linné Flow Center, FLOW; Dr. Anders Jäger, Scania CV

Exportera till kalender

Abstract

Klimatförändringarna, som en följd av den globala uppvärmningen, gör det nödvändigt med effektiva och omfattande åtgärder för att göra transport- och energisektorn mer hållbara. Både ur miljö och socialt perspektiv, finns det stora fördelar med att ersätta diesel med förnyelsebara bränslen för godstransport på väg. En sådan lösning underlättar och påskyndar övergången till fossilfri, kolneutral transport, under tiden elektrifieringen av transportsektorn utvecklas. Korta alkoholer som biobränsle har fördelaktiga egenskaper som kan öka motorprestandan samt minska utsläppen av hälsovådliga avgaser. Dock är det i kompressionsantända motorer nödvändigt med hjälpmedel för antändning av dessa bränslen. Detta projekt undersöker ett nytt koncept med förbränning av dual-fuel för framtida användning i tunga kompressionsantända motorer. Detta undersöks genom motorexperiment av konceptet, samt tredimensionell simulering av förbränningsförloppet. Konceptet innefattar direktinsprutning av etanol, som huvudbränsle, genom en centralt monterad insprutare. I kombination med ytterst små mängder av Dieselbränsle som pilotbränsle genom en separat insprutare. Målet är att uppnå diffusiv förbränning av etanol i en förbränningsprocess, likt den av konventionell diesel, för alla lastpunkter med en ökad termisk verkningsgrad och låga utsläpp av föroreningar. Motorprov i en en-cylindrig motor genomfördes för att utvärdera förbränningsegenskaperna och prestanda med avseende på en dual-fuel strategi, last, etanolmängd, och dieselinsprutarens konfigurering. Förbränningsegenskaper samt prestanda av etanol-diesel direktinsprutad kompressionsantänd (DICI) förbränning jämfördes med konventionell dieselförbränning samt dubbel insprutning av diesel i samma konfiguration och mängd som etanol-diesel insprutningen. Vid låga laster gjorde en ökad separation mellan dieselpiloten och den huvudsakliga etanolinsprutningen att diffusiv föorbränning av etanol lättare kunde uppnås. Detta gjorde att förbränningsinstabilitet och missantändning kunde undvikas då ytterst små mängder av diesel injiceras. Vid höga laster behövdes en kort separation mellan de två olika bränsleinsprutningseventen för att begränsa förblandningen av etanol innan antändning. En dieselinsprutare med färre strålar och med större håldiameter gav en mer robust förbränning av etanol, men det försämrade också motorns prestanda. Parallellt med det experimentella arbetet genomfördes tredimensionell simulering av förbränningen där interaktionen mellan diesel- och etanolstrålarna vid antändning undersöktes vid olika lastförhållanden, från låg last till full last. Vid de driftsförhållanden som undersöktes genom motorexperiment visade simuleringen att antändning av etanolen delvis triggades genom lokala interaktioner med förbränningsprodukter från dieselförbränningen. Därefter propagerade förbränningen till de närliggande etanolstrålarna och så vidare tills att förbränningen propagerat även till etanolstrålarna längst bort från dieselinsprutaren. Kombinationen mellan experimentella och numeriska resultat framhäver den anmärkningsvärda prediktiva kapaciteten av den antagna förbränningsmodellen med hänsyn till förbränningsegenskaperna hos etanol. Sammanfattningsvis, projektet ger en stabil startpunkt till framtida studier av diffusiv förbränning av alkoholbränslen i kompressionsantända motorer. Kunskapen som utvecklats under doktorandprojektets gång ger en grund för framtida utveckling av tillämpning av flexi-fuel i tunga förbränningsmotorer.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-294329